Há quase 90 anos, Werner Heisenberg previu um estranho efeito quântico, conhecido como birrefringência de vácuo, no qual o espaço aparentemente vazio poderia mudar a forma como a luz se comporta. De acordo com a ideia, mesmo um vácuo perfeito não está verdadeiramente vazio. Em vez disso, deveria conter “partículas virtuais” que aparecem e desaparecem por curtos períodos de tempo.
Apesar dos grandes avanços na física nuclear desde a década de 1930 e de décadas de trabalho com aceleradores de partículas, os cientistas não conseguiram confirmar conclusivamente o efeito. Agora, as observações de um dos objetos mais extremos do universo podem fornecer as evidências que os pesquisadores procuram.
Uma equipe de cientistas estudou um tipo raro de estrela magnética de nêutrons com alguns dos campos magnéticos mais fortes conhecidos no universo. Os seus resultados podem representar a primeira evidência de birrefringência no vácuo e abrir novas formas de investigar a física quântica sob condições que não podem ser reproduzidas na Terra.
Um teste cósmico da física quântica
A pesquisa envolveu cientistas de universidades de todo o mundo, bem como do Centro de Ciências e Tecnologia Espaciais, do Observatório de Radioastronomia da África do Sul (SARAO), do Laboratório Nacional de Los Alamos, do Marshall Space Flight Center da NASA, do Centro de Pesquisa e Exploração em Ciência e Tecnologia Espacial (CRESST) e da Divisão de Ciências Astrofísicas do Goddard Space Flight Center da NASA. Rachel E. Stewart, estudante de graduação em física na Universidade George Washington, liderou o estudo, que foi publicado recentemente Natureza.
A teoria prevê que quando um vácuo é exposto a um campo magnético excepcionalmente forte, as partículas virtuais de Heisenberg podem afetar o deslocamento da luz, causando birrefringência no vácuo, ou VB. O desafio é que o campo magnético detectável do efeito é tão forte, muito além do que os cientistas podem gerar em laboratórios na Terra.
Magnetares fornecem uma solução natural. Marcus Lower, membro do Conselho de Pesquisa Australiano DECRA do Centro de Astrofísica e Supercomputação (CAS) da Universidade de Tecnologia de Swinburne, ajudou a liderar as observações usadas no estudo.
“A detecção da birrefringência no vácuo requer um campo magnético 100 milhões de vezes mais forte do que os campos magnéticos que criamos até agora na Terra”, disse Lower. “Felizmente, a natureza nos forneceu ímãs, que são laboratórios cósmicos perfeitos para explorar esse efeito”.
Visualizando um Magnetor Extremo
Observação inferior do LED do magnetar 1E 1547.0-5408 (1E1547) usando o radiotelescópio Murryang (também conhecido como Parkes) da CSIRO. Os dados resultantes foram analisados com o supercomputador Ngaragu Tindebeek da Universidade de Swinburne.
Os pesquisadores combinaram essas observações com medições do Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) da NASA e do telescópio de raios X NICER na Estação Espacial Internacional. Ao monitorarem as emissões de rádio do 1E1547, eles rastrearam a orientação das oscilações das ondas (seu “estado de polarização”) à medida que o magnetar girava.
As medições mostraram que o eixo magnético e o eixo rotacional do magnetar estão aproximadamente alinhados. Eles também revelaram que os observadores veem o objeto de uma perspectiva quase polarizada. Juntas, essas características tornam o 1E 1547 particularmente adequado para a exploração da birrefringência a vácuo.
Raios X revelam possíveis assinaturas quânticas
Os raios X vindos do magnetar (e detectados pelo IXPE) mostraram polarização extremamente alta. Os investigadores também descobriram que a direção dessa polarização se alinhava com o campo magnético de 1E 1547, tal como as suas ondas de rádio.
Ambas as observações são consideradas indicações de que pode ocorrer birrefringência de vácuo ao redor do magnetar.
Inferior explicado:
“Devido à força do campo magnético, as partículas virtuais de Heisenberg alinham-se com a direção para a qual o campo aponta. Rastreando cuidadosamente a direção de oscilação das ondas de rádio e “podemos ser capazes de completar a pesquisa iniciada por Heisenberg há quase 90 anos.”
ainda preciso de mais evidências
Observações adicionais e simulações computacionais mais avançadas podem ajudar os pesquisadores a determinar se os sinais realmente vêm da birrefringência do vácuo ou se outros processos físicos podem produzir efeitos semelhantes.
Se o resultado for confirmado, dará aos cientistas uma nova forma poderosa de testar a física quântica num dos ambientes mais extremos do Universo e poderá ajudar a revelar como os princípios físicos fundamentais se comportam sob campos magnéticos muito maiores do que qualquer coisa alcançável na Terra.
