Вакуум в экстремальных магнитных полях изменяет способ распространения света

Международная группа астрономов использовала рентгеновский телескоп NASA для наблюдения за магнетаром 1E 1547.0-5408, объединив данные с Международной космической станции и радиотелескопа Паркс в Австралии, и впервые предоставила наиболее убедительные доказательства квантовой электродинамики, предложенной немецким физиком Гейзенбергом 90 лет назад. Исследование подтвердило, что вакуум, кажущийся пустым, в экстремальных магнитных полях изменяет способ распространения света, создавая эффект двойного преломления вакуума.

Магнетар — это плотный остаток, оставшийся после взрыва массивной звезды, обладающий самым сильным магнитным полем во Вселенной. Теория утверждает, что при достаточно сильном магнитном поле вакуум проявляет оптические свойства, сходные с кристаллическими, заставляя свет с разной поляризацией распространяться с разной скоростью. Необходимая для наблюдений сила магнитного поля превышает в сто миллионов раз самую сильную магнитное поле, которое можно создать в лаборатории на Земле, поэтому такие условия невозможно воспроизвести в наземных условиях. Исследовательская группа провела наблюдения за этим магнетаром, который вращается один раз в две секунды, в марте и апреле 2025 года, и результаты показали, что степень поляризации рентгеновского излучения в три раза превышает показатели аналогичных небесных тел, а направление поляризации полностью совпадает с направлением магнитного поля звезды. Этот признак не может быть объяснён только с помощью стандартной модели излучения поверхности нейтронной звезды.

Ещё в 1936 году Гейзенберг и его ученик Ханс Ойлер теоретически вывели, что сильное магнитное поле может заставить виртуальные частицы в вакууме влиять на поляризацию света, вызывая двойное преломление. В 2017 году Европейская южная обсерватория провела оптические наблюдения за нейтронной звездой RX J1856.5-3754, но из-за множества возможных интерпретаций не смогла прийти к определённому выводу. В ходе текущего исследования с помощью совместного наблюдения в рентгеновском и радиодиапазонах были подтверждены результаты измерений поляризации, и полученные данные о высокой степени поляризации и направлении могут быть объяснены только при включении в модель переменной двойного преломления вакуума. Это знаменует первый случай, когда человечество смогло непосредственно зафиксировать эффект двойного преломления вакуума с помощью естественного экстремального магнитного поля, подтвердив предсказание квантовой электродинамики, сделанное 90 лет назад.