天文学家们可能发现了对量子力学中最奇特预测之一的最强有力证据：即使是看似空的空间也能影响光的传播方式。这种现象被称为“真空双折射”，近90年前由量子力学的先驱之一沃尔夫冈·海森堡预测。他的研究表明，完美的真空并不是真的空的。相反，它应该包含短暂出现和消失的“虚粒子”。包括斯威本科技大学的马库斯·洛厄博士在内的研究人员通过研究一个磁星—一种拥有宇宙中最强磁场的稀有中子星，来调查这一长期存在的量子谜团。他们的观察可能代表了首次在磁星极其强大的磁场中探测到真空双折射。如果得到证实，该结果可以为科学家提供调查量子宇宙的新方法。这些发现最近发布在《自然》期刊上。极端磁场如何改变光 根据理论，异常强大的磁场可以影响与真空相关的虚粒子海洋。在这些条件下，预计粒子会影响光的传播方式，以特定方式折射，从而产生真空双折射。磁星提供了寻找这一效应的罕见机会，因为它们的磁场强度足以使预测的量子行为可能被观察到。洛厄博士是一个国际研究团队的成员，该团队使用美国宇航局的成像X射线偏振探测器（IXPE）研究了磁星1E 1547.0-5408（简称1E1547）。这些观察得到了国际空间站上的NICER X射线望远镜和由澳大利亚国家科学机构拥有和运营的穆瑞扬（Murriyang）帕克斯射电望远镜的支持。洛厄博士使用穆瑞扬收集的射电观测数据，并在斯威本的Ngarrgu Tindebeek超级计算机上进行分析，帮助研究人员调查可能是这一之前理论量子现象的首次直接探测。虽然真空双折射在1930年代已被预测，但洛厄博士表示科学家们尚未获得明确的探测结果。“探测真空双折射需要一个强度超过我们在地球上制造的100百万倍的磁场。谢天谢地，自然赐予我们磁星，它们是寻找这种效应的完美宇宙实验室。” 洛厄博士说。具有理想观察几何的磁星 研究人员密切跟踪来自磁星的射电波在星星旋转时改变方向（它们的“偏振状态”）。通过这些测量，他们确定1E 1547的磁轴和旋转轴几乎是对齐的。磁星也几乎以极轴的视角被观测到。这些特征共同为科学家提供了一个异常有利的视角，用于在1E 1547周围寻找真空双折射。然后，团队找到两个重要线索指向这一量子效应。磁星产生的X射线被IXPE探测，显示出极高的偏振水平。此外，这种偏振的方向与1E1547的磁场保持一致，这在射电观测中也能观察到。“由于磁场的强度，海森堡的虚粒子变得与磁场方向对齐，”洛厄博士说。“通过仔细跟踪射电波和X射线在磁星旋转时的振荡方向，团队发现1E1547的磁极和旋转极的对齐非常理想，有利于探测真空双折射。”接近90年的量子谜团 如果这种解释得到确认，该结果可能有助于物理学家测试一些在宇宙中最极端条件下建立的量子物理理论的表现。洛厄博士表示，额外的观察和更先进的计算机模拟可能有助于确认信号是否确实来自真空双折射。这些改进应该能让研究人员更容易区分预测的量子特征与出现在磁星周围的其他物理过程。“有了这些未来的数据和我们更新的模拟，我们可能最终能够完成海森堡近90年前开始的探索。”题为《真空双折射与射电磁星的偏振X射线发射》的论文已发表在《自然》期刊上。