Физики получили первое экспериментальное свидетельство двулучепреломления в вакууме

Физики получили первое экспериментальное свидетельство двулучепреломления в вакууме

Ученые из Италии, Польши и Великобритании предположительно нашли первое свидетельство необычного квантового эффекта — двойного лучепреломления света в вакууме под воздействием сильных магнитных полей вблизи нейтронной звезды RX J1856.5-3754. По мнению авторов, экспериментальное наблюдение этого эффекта является прямым доказательством справедливости квантовой электродинамики в пределе сильных полей. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, краткое ее описание доступно на сайте Южной Европейской обсерватории.

Квантовая электродинамика — теория, объясняющая эффекты взаимодействия излучения с веществом и заряженных частиц между собой, которая учитывает дискретность (квантуемость) свойств электромагнитного поля. Согласно этой теории взаимодействие между, например, фотонами можно объяснить через их промежуточное взаимодействие с некими виртуальными частицами (парами частица-античастица). Таким образом, вакуум не является абсолютно пустым пространством, если рассматривать его с точки зрения квантовой электродинамики.

В обычных условиях зафиксировать рождение этих виртуальных частиц невозможно — пучки света малой интенсивности проходят друг через друга практически без взаимодействия. Однако, как предсказывает теория, при энергии фотонов в несколько десятков тераэлектронвольт можно увидеть рассеяние одного пучка света на другом. Требуются огромные значения силы электрических или магнитных полей (свет — это электромагнитная волна), чтобы рождение пары виртуальных частиц не прошло бесследно. Современный уровень технологий не позволяет их достигать.

Однако в природе есть объекты, генерирующие достаточно сильные поля. В первую очередь, это пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звезды. Магнитные поля пульсаров могут достигать индукции в миллиарды и триллионы тесла, в то время как рекорд индукции поля, поставленный человеком лишь приближается к отметке в 3 000 тесла (для импульсных полей) и порядка 100 Тесла для постоянных магнитов.

Явление двойного лучепреломления в вакууме можно пояснить на примере его «земного» аналога, наблюдаемого в нелинейных оптических кристаллах. При прохождении поляризованного света через такой анизотропный кристалл (свойства которого различны по разным направлениям), как кальцит, он расщепляется на два луча, имеющих разную поляризацию (поляризация представляет собой направленное колебание векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H). Что-то подобное может наблюдаться и в сверхсильных полях в вакууме.

Авторы новой работы решили использовать магнитное поле нейтронных звезд для исследования «оптических свойств» окружающего их вакуума. Ученые провели наблюдения поляризованного света нейтронной звезды RX J1856.5-3754 с помощью Очень Большого Телескопа (VLT — Very Large Telescope), расположенного в обсерватории Параналь в Чили. В результате анализа сигнала, собранного от пульсара, ученые обнаружили чрезвычайно высокую степень линейной поляризации света излучения от звезды — порядка 16 процентов. Ученые интерпретировали это как следствие эффекта вакуумного двойного лучепреломления в пространстве, окружающем пульсар RX J1856.5-3754.

Существуют и другие процессы, которые могут привести к поляризации света звезд в ходе его распространения в космосе. Так, ученые тщательно проанализировали возможности других объяснений — например, поляризации при рассеянии на пылевых частицах. Но принимая допущение, что вещество вблизи звезды не состоит из множества одинаково ориентированных частиц, степень поляризации благодаря этому эффекту может достигать лишь нескольких процентов. Тот факт, что плотность вещества вблизи пульсара RX J1856.5-3754 является достаточно низкой (это следует из других наблюдений), говорит в пользу того, что данный эффект не должен оказывать существенного влияния на результат наблюдения.

«Исследование, выполненное на VLT — самое первое наблюдательное подтверждение предсказаний эффектов квантовой электродинамики в крайне сильных магнитных полях», — отмечает один из авторов работы, Сильвия Зейн.

Пульсар RX J1856.5-3754 входит в группу нейтронных звезд, известную под названием Великолепной Семерки. Это изолированные нейтронные звезды, не имеющие звездного компаньона, не излучающие, в отличие от пульсаров, радиоволн и не окруженные веществом, оставшимся после взрыва породивших их сверхновых. Пульсар RX J1856.5-3754 расположен в 400 световых лет от Земли и является самым ярким объектом этой группы.

Екатерина Митрофанова

N+1

Похожие новости:
Физики получили фазу-предшественник металлического водорода
Физики из Университета Эдинбурга получили новую фазу сверхвысокого давления для водорода — «фазу-V». По словам ученых, в ней наблюдается ослабление связи водород-водород и, возможно, она является переходным состоянием к фазе металлического водорода. Наблюдается переход при давлении 3,25 миллиона атмосфер — такие ..
2016-01-10 1464 0 Научные открытия
1
Студент помог объяснить загадочное космическое явление
Учёные из Японии обнаружили необычайно высокое содержание изотопа углерода в деревьях, которые произрастали на планете в 774-775 годах нашей эры. Однако исследователи не смогли установить истинную причину природной аномалии. Единственное, что они смогли предположить: она кроется в неком космическом ..
2012-07-4 1605 0 Научные открытия
0
Ученые доказали вредоносное воздействие вируса Зика на мозг детей
Ученые получили непосредственное доказательство вредоносного воздействия вируса Зика: полный геном патогенного микроорганизма был обнаружен в тканях эмбриона с микроцефалией. Об этом сообщает New England Journal of Medicine.Ребенок был зачат гражданкой Словении во время ее пребывания в Бразилии. Вернувшись домой на 28-й ..
2016-02-11 1378 0 Научные открытия
0
Крупнейшая научная премия досталась выходцу из России
Крупнейшая в мире научная премия - премия Мильнера или Fundamental Physics Prize (FPP) - досталась сотруднику Принстонского университета Александру Полякову, который является выходцем из России, передает в четверг «Лента.ру». Размер премии составляет 3 млн долларов. Она досталась Полякову за работы в области ..
2013-03-21 2548 1 Научные открытия
0
Американские математики получили самое большое простое число
Американские математики, участвующие в проекте GIMPS, получили самое большое известное простое число — оно состоит из 17 миллионов цифр, его открытие позволит получить новые стойкие шифры, сообщает РИА Новости со ссылкой на сайт проекта. Новое простое число, относящееся к классу ..
2013-02-7 1807 0 Научные открытия
0
В гигантских алмазах нашли следы жидкого металла из мантии Земли
Международная группа геохимиков провела анализ состава редких гигантских алмазов и выяснила, что они образовались в жидкой металлической фазе глубоких слоев мантии Земли. Описание исследования опубликовано в журнале Science.Мантия — часть Земли, которая расположена непосредственно под корой над ядром ..
2016-12-21 4558 0 Научные открытия
0
Физики узнали причину главного недостатка графена
Группе физиков под руководством Кирилла Болотина из Университета Вандербильда удалось установить причину низкой электронной мобильности в графене. Кроме этого они смогли увеличить этот показатель в три раза. Результаты их работыпубликует журнал Nature Communications. Исследователи помещали слой графена на специальную подложку с позолоченными ..
2012-03-14 1665 0 Научные открытия
0
Белорусские ученые получили эликсир молодости?
Ученые Национальной Академии наук Беларуси открыли секрет вечной молодости. Вещество, которое они получили в лаборатории, не позволяет клеткам стареть. И что самое интересное - лекарство от старости сделано из самых простых компонентов, известных почти каждому школьнику, отмечает корреспондент ..
2012-08-12 2614 0 Научные открытия
0
Нобелевская премия по химии досталась американцам
Два американца завоевали Нобелевскую премию в области химии за исследования того, как клетки в нашем теле воспринимают такие сигналы как гормоны, запахи, вкусы и свет. Их работа является ключевой для разработки более эффективных медикаментов. Эти сигналы принимаются специализированными протеинами на поверхности ..
2012-10-11 1759 0 Научные открытия
0
Ученые синтезировали 117-й элемент таблицы Менделеева
Немецким физикам удалось синтезировать 117-й элемент таблицы Менделеева, сообщает New Scientist. Данный элемент был открыт в 2009 году в Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) и ранее уже был синтезирован учеными из России и США. Первоначально физики из Германии намеревались синтезировать 119-й элемент ..
2014-05-05 2449 0 Научные открытия
0
Объявлены лауреаты крупнейшей научной премии
9 ноября в бывшем ангаре НАСА в Калифорнии прошла церемония вручения крупнейшей (в денежном выражении) научной премии Breakthrough Prize. 12 ученых получили по три миллиона долларов, сообщает The Guardian. В отличие от Нобелевской премии, Breakthrough Prize вручают исследователям, только начавшим ..
2014-11-10 1659 0 Научные открытия
-1
Графен поможет заново определить единицу силы тока
Британские физики разработали первый одноэлектронный насос на основе квантовой точки, выполненной из графена. Установка, собранная группой ученых из Национальной физической лаборатории (NPL) и Кембриджского университета, описана в статье в Nature Nanotechnology. Обзор публикации приводит Phys.org.Одноэлектронный насос ..
2013-05-16 1437 0 Научные открытия
0
Астрономы представили столкновение Земли с новорождённой чёрной дырой
Возможное столкновение нашей планеты с новорождённой чёрной дырой смоделировали астрономы из США и Германии. Оказалось, что последствия такого сценария могут оказаться не столько катастрофичными для Земли и, возможно, такие столкновения даже происходили в прошлом. Чёрная дыра воспринимается людьми как самый опасный ..
2012-03-30 2394 0 Научные открытия
0
На Земле существовал неизвестный вид первобытного человека
Исследования генома денисовского человека показали, что на Земле существовал ранее неизвестный вид первобытного человека, считает директор Института археологии и этнографии Сибирского отделения Российской академии наук Анатолий Деревянко. «У «денисовца» до 17% геномов от неандертальца, 4% - от генома неизвестного вида и подвида», ..
2013-06-14 1802 0 Научные открытия
1
Темной материи нет? Свидетельство Андромеды
Астроном доктор Хонгшенг Чжао (Hongsheng Zhao) из Университета Сент-Эндрюс полагает, что 10 млрд. лет назад Млечный Путь столкнулся с Галактикой Андромеды, и что наши представления о гравитации в корне неверны. На протяжении многих лет ученые полагали, что наша галактика, Млечный Путь, примерно ..
2013-07-9 2525 0 Научные открытия
0