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 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 1604 0 Научные открытия
0
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 1452 0 Научные открытия
1
Физики разделили электрон на орбитон и спинон
Индивидуальные (изолированные) электроны считаются элементарными частицами, то есть их нельзя разложить на составляющие. Однако в 80-х годах прошлого века советские физики-теоретики предсказали, что электроны в одномерной цепочке атомов можно будет разложить на три квазичастицы — орбитон, спинон и холон.Холон ..
2012-04-19 3938 0 Научные открытия
2
Физики придумали первый танцующий кристалл
Физики-теоретики из Канады и США спрогнозировали существование кристалла, элементы которого находятся в непрерывном движении. Последнее обусловливает их свойства симметрии, получившие название хореографического порядка. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о них сообщает Physics.Обычные ..
2016-01-12 1749 0 Научные открытия
1
Шведские физики изучили свойства нового 115-го элемента
Шведские физики смогли получить новый элемент произведя бомбардирование мишени америция с 95-ю протонами атомами кальция с 20-ю протонами. В результате такого столкновения ученые зафиксировали рождение ядер сверхтяжелого 115-го элемента. Новый элемент таблицы Менделеева ..
2013-08-28 2576 0 Научные открытия
1
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 2476 1 Научные открытия
0
Физики впервые измерили слабый заряд протона
Физики впервые провели экспериментальное измерение слабого заряда протона. Статья ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Лаборатории Джефферсона (Jefferson Lab), где и было сделано открытие. Слабое взаимодействие - одно из четырех ..
2013-09-18 1997 0 Научные открытия
0
Физики завязали солитоны в квантовые узлы
Физики из университета Аалто, Финляндия, и Амхертского колледжа, США, создали узловые солитонные волны в квантовом поле сверхтекучего газа, называемого конденсатом Бозе-Эйнштейна. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.Конденсат Бозе-Эйнштейна — это агрегатное состояния вещества, наряду с известными ..
2016-01-25 1796 0 Научные открытия
0
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 3178 2 Научные открытия
1
Бизнесмен учредил премию по физике больше Нобелевской
Этим фактом научный мир взбудоражен едва ли не больше, чем недавним открытием бозона Хиггса: российский бизнесмен Юрий Мильнер учредил ежегодную премию по физике, размер которой вдвое превышает размер Нобелевской.Премия Мильнера стала крупнейшей в мире: 3 млн долларов, больше ..
2012-08-6 1717 0 Научные открытия
0
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3741 0 Научные открытия
1
Получен «святой Грааль физики»
Ученые из Гарвардского университета (США) впервые, по их словам, могли наблюдать фазовый переход Вигнера-Хантингтона, свидетельствующий об образовании металлического водорода. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает EurekAlert!«Это святой Грааль физики высоких давлений, — сказал соавтор ..
2017-01-29 8584 0 Научные открытия
0
Китайцы открыли новый вид твердого углерода
Китайские физики предложили два новых вида твердого углерода, который, вероятно, отличается относительной стабильностью. Статья ученых пока не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org. В настоящее время физики активно изучают преобразования, которые претерпевает ..
2012-04-4 2030 0 Научные открытия
0
Немецкие ученые синтезировали новый химический элемент
Физики из Германии синтезировали 117-й элемент таблицы Менделеева. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, кратко с ним можно ознакомиться на сайте New Scientist. Первоначально физики хотели синтезировать 119-й элемент таблицы, но после безуспешных попыток ..
2014-05-06 1781 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 2388 0 Научные открытия
0