Группа ученых-астрофизиков приблизилась к решению давней квантовой загадки, возникшей почти столетие назад. В ходе исследования экстремального космического объекта были обнаружены признаки эффекта, предсказанного Вернером Гейзенбергом в 1930-х годах: согласно его теории, вакуум не является абсолютно пустым и способен влиять на траекторию световых лучей.

В соответствии с принципами квантовой электродинамики – разделом физики, посвященным взаимодействию света и материи – абсолютная пустота содержит «виртуальные частицы»: парные образования материи и антиматерии, которые спонтанно возникают и мгновенно исчезают. Современное оборудование не позволяет напрямую наблюдать этот процесс. Однако при помещении вакуума в сильное магнитное поле эти виртуальные частицы выстраиваются определенным образом, что приводит к преломлению света, подобному тому, как свет проходит через прозрачный кристалл – это явление известно как вакуумное двулучепреломление (когда световые волны с различной поляризацией распространяются по вакууму с разной скоростью).

Для подтверждения гипотезы Гейзенберга, астрофизики совместно со специалистами из Технологического университета Суинберна (Австралия) потребовали магнитного поля, в 100 миллионов раз превышающего мощность существующих установок. В качестве источника таких полей выступили магнетары – редкий тип нейтронных звезд, обладающих исключительно сильными магнитными полями. Для проведения наблюдений были задействованы космические телескопы NASA (IXPE и NICER) и радиотелескоп Parkes в Австралии, направленные на магнетар 1E 1547.0−5408, чье магнитное поле превышает земное в триллион раз.

Наблюдателям сопутствовала удача: магнетар был ориентирован к Земле почти своим полюсом, что обеспечило оптимальные условия для наблюдений. Анализируя поляризацию рентгеновского и радиоизлучения (направление колебаний световых волн), исследователи зафиксировали изменение свойств света от звезды, соответствующее предсказаниям о прохождении через вакуум, содержащий упорядоченные виртуальные частицы. Результаты этого открытия опубликовали в журнале Nature.

Предлагаемое исследование может предоставить первое экспериментальное свидетельство явления вакуумного двулучепреломления. Как отметил австралийский ученый Маркус Лоуэр, для окончательного подтверждения выдвинутой гипотезы потребуется проведение ряда дополнительных наблюдений и выполнение сложных вычислительных моделей на суперкомпьютере. В случае, если полученные результаты окажутся верными, физики смогут экспериментально обосновать предположение Гейзенберга, которому уже почти столетие, и приобрести инновационный метод для изучения структуры Вселенной.