Физика

Международная группа астрофизиков подкралась к разгадке квантовой тайны почти столетней давности. Изучив экстремальный космический объект, они зафиксировали признаки эффекта, который еще в 1930-х годах предсказал один из отцов квантовой механики Вернер Гейзенберг: идеальный вакуум на самом деле не пуст и способен изменять движение света.

Согласно фундаментальным законам квантовой электродинамики (раздел физики, изучающий взаимодействие света и материи), абсолютная пустота кишит «виртуальными частицами» — призрачными парами материи и антиматерии, которые непрерывно возникают из ниоткуда и тут же уничтожают друг друга. Современная техника не может зафиксировать этот процесс. Однако если поместить вакуум в невероятно мощное магнитное поле, эти виртуальные частицы выстраиваются в определенном направлении. В результате «пустое» пространство преломляет свет подобно прозрачному кристаллу — это явление называется вакуумным двулучепреломлением (когда световые волны с разным направлением колебаний проходят сквозь вакуум с разной скоростью).

Чтобы подтвердить гипотезу Гейзенберга,астрофизикам при участии специалистов из Технологического университета Суинберна (Австралия)потребовалось поле, которое в 100 миллионов раз превышает самые мощные установки в мире. На помощь пришли магнетары — редкий тип нейтронных звезд, обладающих сильнейшими магнитными полями во Вселенной. Ученые направили космические телескопы NASA (IXPE и NICER), а также радиотелескоп Parkes в Австралии на магнетар 1E 1547.0−5408, чье магнитное поле в триллион раз сильнее земного.

Удача улыбнулась астрономам: магнетар оказался повернут к Земле почти своим полюсом, что создало идеальные условия для наблюдений. Измерив поляризацию рентгеновского и радиоизлучения (направление, в котором колеблются световые волны), исследователи обнаружили, что свет от звезды меняет свои свойства ровно так, как это должно происходить при прохождении через вакуум, «начиненный» упорядоченными виртуальными частицами. Результаты открытия опубликовали в журнале Nature.

Исследование может стать первым прямым экспериментальным доказательством вакуумного двулучепреломления. По словам австралийского исследователя Маркуса Лоуэра, для окончательного подтверждения теории потребуется серия дополнительных наблюдений и суперкомпьютерных симуляций. Если выводы подтвердятся, физики, наконец, подтвердят 90-летнюю гипотезу Гейзенберга и получат новый инструмент для изучения устройства нашей Вселенной.