Oamenii de știință ar putea fi pe punctul de a oferi cele mai solide dovezi de până acum pentru una dintre cele mai ciudate predicții ale mecanicii cuantice: chiar și spațiul aparent gol poate influența modul în care lumina se deplasează. Fenomenul, cunoscut sub numele de „birifringență a vidului”, a fost prezis acum aproape 90 de ani de Werner Heisenberg, unul dintre pionierii mecanicii cuantice. Lucrările sale au sugerat că un vid perfect nu este cu adevărat gol. În schimb, ar trebui să conțină „particule virtuale” care apar și dispar pe scurt.
Cercetătorii, inclusiv Dr. Marcus Lower de la Swinburne University of Technology, au investigat acest mister cuantic de lungă durată prin studierea unui magnetar, un tip rar de stea neutronică ce posedă cele mai puternice câmpuri magnetice cunoscute în univers. Observațiile lor ar putea reprezenta prima detecție a birifringenței vidului care se produce în cadrul câmpului magnetic extraordinar de puternic al unui magnetar. Dacă va fi confirmat, rezultatul ar putea oferi oamenilor de știință o nouă modalitate de a investiga universul cuantic. Rezultatele au fost publicate recent în revista Nature.
Conform teoriei, un câmp magnetic excepțional de puternic poate afecta marea de particule virtuale asociată cu vidul. În aceste condiții, particulele sunt de așteptat să influențeze modul în care lumina călătorește, refractând-o într-un mod specific și producând birifringența vidului. Magnetarii oferă o oportunitate rară de a căuta acest efect, deoarece câmpurile lor magnetice sunt suficient de puternice pentru a face comportamentul cuantic prezis potențial observabil. Dr. Lower a făcut parte dintr-o echipă internațională de cercetare care a studiat magnetarul 1E 1547.0-5408 (sau 1E1547 pe scurt) cu ajutorul instrumentului NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Observațiile au fost susținute de telescopul cu raze X NICER de pe Stația Spațială Internațională și de Murriyang, radiotelescopul Parkes al CSIRO, deținut și operat de agenția națională de știință a Australiei. Observațiile radio colectate de Dr. Lower folosind Murriyang, urmate de analiza pe supercomputerul Ngarrgu Tindebeek de la Swinburne, au ajutat cercetătorii să investigheze ceea ce ar putea fi prima detecție directă a acestui fenomen cuantic, anterior teoretic. Deși birifringența vidului a fost prezisă în anii 1930, Dr. Lower a declarat că oamenii de știință nu au obținut încă o detecție definitivă. „Detectarea birifringenței vidului necesită un câmp magnetic de peste 100 de milioane de ori mai puternic decât orice am creat vreodată pe Pământ. Din fericire, natura ne-a oferit magnetarii, care sunt laboratoarele cosmice perfecte pentru a căuta acest efect”, a spus Dr. Lower.
Cercetătorii au urmărit îndeaproape cum s-au schimbat direcția undelor radio provenite de la magnetar pe măsură ce steaua se rotea (starea lor de „polarizare”). Din aceste măsurători, au determinat că axele magnetice și de rotație ale 1E 1547 sunt aproape aliniate. Magnetarul este, de asemenea, observat dintr-o perspectivă aproape dinspre pol. Împreună, aceste caracteristici oferă oamenilor de știință o vedere neobișnuit de favorabilă pentru căutarea birifringenței vidului în jurul 1E 1547. Echipa a găsit apoi două indicii importante care indică efectul cuantic. Razele X generate de magnetar și detectate de IXPE au arătat niveluri extrem de ridicate de polarizare. În plus, direcția acelei polarizări a rămas legată de câmpul magnetic al 1E1547 în același mod observat în observațiile radio. „Datorită forței câmpului magnetic, particulele virtuale ale lui Heisenberg devin aliniate cu direcția în care este orientat câmpul”, a declarat Dr. Lower. „Urmărind cu atenție direcția în care oscilează undele radio și razele X pe măsură ce magnetarul se rotește, echipa a constatat că alinierea polilor magnetici și de rotație ai lui 1E1547 au fost ideale pentru detectarea birifringenței vidului.”
Dacă interpretarea va fi confirmată, rezultatul ar putea ajuta fizicienii să testeze modul în care teoriile stabilite ale fizicii cuantice se comportă în unele dintre cele mai extreme condiții găsite oriunde în univers. Dr. Lower a spus că observații suplimentare și simulări computerizate mai avansate ar putea contribui la stabilirea dacă semnalul provine cu adevărat de la birifringența vidului. Aceste îmbunătățiri ar trebui să facă mai ușor pentru cercetători să distingă semnătura cuantică prezisă de alte procese fizice care au loc în jurul magnetarilor. „Cu aceste date viitoare la îndemână și simulările noastre actualizate, am putea, în cele din urmă, să finalizăm misiunea începută de Heisenberg acum aproape 90 de ani.”