Los astrónomos podrían haber encontrado la evidencia más sólida hasta ahora de una de las predicciones más extrañas de la mecánica cuántica: incluso el espacio aparentemente vacío puede influir en la forma en que viaja la luz. Conocido como 'birrefringencia del vacío', el fenómeno fue predicho hace casi 90 años por Werner Heisenberg, uno de los pioneros de la mecánica cuántica. Su trabajo sugirió que un vacío perfecto no está realmente vacío. En cambio, debería contener 'partículas virtuales' que aparecen y desaparecen brevemente.

Investigadores, incluido el Dr. Marcus Lower de la Universidad de Tecnología de Swinburne, investigaron este misterio cuántico de larga data estudiando un magnetar, un tipo raro de estrella de neutrones que posee los campos magnéticos más fuertes conocidos en el universo. Sus observaciones pueden representar la primera detección de birrefringencia del vacío que ocurre dentro del campo magnético extraordinariamente poderoso de un magnetar. Si se confirma, el resultado podría dar a los científicos una nueva forma de investigar el universo cuántico. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Nature.

Según la teoría, un campo magnético excepcionalmente fuerte puede afectar el mar de partículas virtuales asociadas con el vacío. Bajo estas condiciones, se espera que las partículas influyan en cómo viaja la luz, refractándola de una manera específica y produciendo birrefringencia del vacío. Los magnetares brindan una oportunidad rara para buscar este efecto porque sus campos magnéticos son lo suficientemente poderosos como para que el comportamiento cuántico predicho sea potencialmente observable.

El Dr. Lower fue parte de un equipo de investigación internacional que estudió el magnetar 1E 1547.0-5408 (o 1E1547 para abreviar) con el Explorador de Polarimetría de Rayos X por Imágenes (IXPE) de la NASA. Las observaciones fueron respaldadas por el telescopio de rayos X NICER a bordo de la Estación Espacial Internacional y Murriyang, el telescopio de radio de CSIRO en Parkes, que es propiedad y operado por la agencia científica nacional de Australia. Las observaciones de radio recopiladas por el Dr. Lower usando Murriyang, seguidas de análisis en la supercomputadora Ngarrgu Tindebeek de Swinburne, ayudaron a los investigadores a investigar lo que podría ser la primera detección directa de este fenómeno cuántico previamente teórico.

Aunque la birrefringencia del vacío fue predicha en la década de 1930, el Dr. Lower dijo que los científicos aún no han obtenido una detección definitiva. "Detectar la birrefringencia del vacío requiere un campo magnético que sea más de 100 millones de veces más fuerte que cualquiera que hayamos creado en la Tierra. Afortunadamente, la naturaleza nos ha proporcionado magnetares, que son los laboratorios cósmicos perfectos para buscar este efecto", dijo el Dr. Lower.

Los investigadores siguieron de cerca cómo las ondas de radio provenientes del magnetar cambiaban de dirección a medida que la estrella rotaba (su 'estado de polarización'). A partir de esas mediciones, determinaron que los ejes magnéticos y de rotación de 1E 1547 están casi alineados. El magnetar también se observa desde una perspectiva casi polar. Juntas, esas características dan a los científicos una vista inusualmente favorable para buscar birrefringencia del vacío alrededor de 1E 1547.

El equipo luego encontró dos pistas importantes que apuntan al efecto cuántico. Los rayos X generados por el magnetar y detectados por IXPE mostraron niveles extremadamente altos de polarización. Además, la dirección de esa polarización permaneció ligada al campo magnético de 1E1547 de la misma manera observada en las observaciones de radio.

"Debido a la fuerza del campo magnético, las partículas virtuales de Heisenberg se alinean con la dirección en la que apunta el campo", dijo el Dr. Lower. "Al rastrear cuidadosamente la dirección en que oscilan las ondas de radio y los rayos X mientras el magnetar rota, el equipo encontró que la alineación de los polos magnéticos y de rotación de 1E1547 era ideal para detectar la birrefringencia del vacío".

Si la interpretación se confirma, el resultado podría ayudar a los físicos a probar cómo las teorías establecidas de la física cuántica se comportan bajo algunas de las condiciones más extremas que se encuentran en cualquier parte del universo. El Dr. Lower dijo que observaciones adicionales y simulaciones por computadora más avanzadas podrían ayudar a establecer si la señal realmente proviene del vacío b