Phát Hiện Mới Từ Sao Từ Xác Nhận Dự Đoán Lượng Tử 90 Năm Về 'Không Gian Trống'

Mức phân cực cao bất thường này chỉ có thể được tạo ra nếu hiệu ứng lưỡng chiết chân không đang tích cực lọc các photon tia X khi chúng truyền qua từ quyển của sao từ, chọn một chế độ phân cực này hơn chế độ kia và làm tăng độ phân cực thuần .

Lưỡng chiết chân không là gì?

Trong điều kiện hàng ngày, không gian trống có tính đẳng hướng về mặt quang học—ánh sáng truyền đi theo mọi hướng như nhau. Tuy nhiên, điện động lực học lượng tử (QED) dự đoán rằng trong một từ trường cực kỳ mạnh, bản thân chân không trở nên lưỡng chiết. Nó hoạt động giống như một tinh thể, bẻ cong ánh sáng khác nhau tùy thuộc vào hướng phân cực của nó .

Hiệu ứng này phát sinh do các cặp electron-positron ảo trong chân không lượng tử bị phân cực dưới ảnh hưởng của từ trường, khiến chân không hoạt động như một môi trường lưỡng chiết . Được nhà vật lý Werner Heisenberg lý thuyết hóa lần đầu tiên vào năm 1936, hiệu ứng này chưa từng được quan sát trực tiếp cho đến nay .

Vì sao sao từ là phòng thí nghiệm hoàn hảo?

Sao từ là những vật thể có từ tính mạnh nhất trong vũ trụ. Với cường độ từ trường lên tới 10¹⁴–10¹⁵ Gauss, chúng tạo ra những điều kiện không thể tái tạo trong bất kỳ phòng thí nghiệm nào trên Trái Đất . Chiến dịch phối hợp này là lần đầu tiên đo phân cực tia X và vô tuyến đồng thời đối với một sao từ, cho phép nhóm nghiên cứu loại trừ các giải thích thay thế và xác nhận hình học của nguồn phát xạ .

Góc phân cực được đo bởi IXPE phù hợp với các mô hình vector quay có tính đến hiệu ứng lưỡng chiết chân không, và các quan sát vô tuyến đồng thời từ Parkes đã xác nhận hình học của vùng phát xạ .

Ý nghĩa đối với vật lý học

Khám phá này đánh dấu lần xác nhận quan sát trực tiếp đầu tiên về hiệu ứng lưỡng chiết chân không—một hiệu ứng QED thuần túy đã tồn tại trong lý thuyết suốt gần 90 năm . Kết quả này mở ra một cánh cửa mới để nghiên cứu các tính chất lượng tử của không gian trống trong những điều kiện khắc nghiệt, biến các sao từ thành những phòng thí nghiệm tự nhiên để kiểm tra các định luật vật lý cơ bản .

Các nhà nghiên cứu tham gia nghiên cứu, bao gồm Rachael Stewart từ Đại học George Washington và Hoa Dinh Thi từ Đại học Rice, nhấn mạnh rằng cách tiếp cận phối hợp đa bước sóng là điều cần thiết. Các mô phỏng cho thấy để đồng thời thỏa mãn các ràng buộc về phân cực tia X và vô tuyến, hiệu ứng lưỡng chiết chân không phải tồn tại xung quanh sao neutron .

Việc phát hiện ra xác nhận rằng chân không không thực sự trống rỗng—nó có thể bị phân cực và có thể làm thay đổi sự truyền ánh sáng theo những cách chỉ có thể phát hiện được trong những môi trường từ tính khắc nghiệt nhất của vũ trụ. Khả năng này, đến lượt nó, cung cấp một công cụ mới để thăm dò cấu trúc lượng tử của không-thời gian .