Astronomii ar fi găsit cele mai puternice dovezi de până acum pentru una dintre cele mai stranii predicții ale mecanicii cuantice: chiar și spațiul aparent gol poate influența modul în care călătorește lumina. Cunoscut sub numele de 'birefringență de vid', fenomenul a fost prezis acum aproape 90 de ani de Werner Heisenberg, unul dintre pionierii mecanicii cuantice. Lucrarea sa sugera că un vid perfect nu este cu adevărat gol. În schimb, ar trebui să conțină 'particule virtuale' care apar și dispar pentru scurt timp.

Cercetătorii, inclusiv Dr. Marcus Lower de la Universitatea de Tehnologie Swinburne, au investigat acest mister cuantic de lungă durată studiind un magnetar, un tip rar de stea neutronică care posedă cele mai puternice câmpuri magnetice cunoscute din univers. Observațiile lor ar putea reprezenta prima detectare a birefringenței de vid care are loc în câmpul magnetic extraordinar de puternic al unui magnetar. Dacă se confirmă, rezultatul ar putea oferi oamenilor de știință o nouă modalitate de a investiga universul cuantic. Descoperirile au fost publicate recent în Nature.

Conform teoriei, un câmp magnetic excepțional de puternic poate afecta marea de particule virtuale asociate cu vidul. În aceste condiții, particulele sunt de așteptat să influențeze modul în care călătorește lumina, refractând-o într-un mod specific și producând birefringență de vid. 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 Exploratorului de Polarimetrie cu Raze X prin Imagistică (IXPE) al NASA. Observațiile au fost susținute de telescopul cu raze X NICER de la bordul Stației Spațiale Internaționale și de Murriyang, telescopul radio Parkes al CSIRO, care este 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 detectare directă a acestui fenomen cuantic anterior teoretic.

Deși birefringența de vid a fost prezisă în anii 1930, Dr. Lower a spus că oamenii de știință nu au obținut încă o detectare definitivă. 'Detectarea birefringenței de vid necesită un câmp magnetic de peste 100 de milioane de ori mai puternic decât oricare 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 modul în care undele radio care vin de la magnetar își schimbă direcția pe măsură ce steaua se rotește (starea lor de 'polarizare'). Din aceste măsurători, au determinat că axele magnetice și de rotație ale lui 1E 1547 sunt aproape aliniate. Magnetarul este, de asemenea, observat dintr-o perspectivă aproape de la pol. Împreună, aceste caracteristici oferă oamenilor de știință o vedere neobișnuit de favorabilă pentru căutarea birefringenței de vid în jurul lui 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 lui 1E1547 în același mod observat în observațiile radio.

'Din cauza puterii câmpului magnetic, particulele virtuale ale lui Heisenberg se aliniază cu direcția în care indică câmpul', a spus Dr. Lower. 'Urmărind cu atenție direcția în care undele radio și razele X oscilează pe măsură ce magnetarul se rotește, echipa a descoperit că alinierea polilor magnetici și de rotație ai lui 1E1547 era ideală pentru detectarea birefringenței de vid.'

Dacă interpretarea este 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 ajuta la stabilirea dacă semnalul provine într-adevăr de la birefringența de vid.