მაგნეტარის კოლოსალურმა მაგნიტურმა ველმა, შესაძლოა, კვანტური ეფექტი გამოავლინა. ეს ეფექტი ვერნერ ჰაიზენბერგმა თითქმის 90 წლის წინ იწინასწარმეტყველა, რომლის თანახმადაც, ერთი შეხედვით ცარიელი სივრცე სინათლის ქცევას ცვლის.

დადასტურების შემთხვევაში, ეს აღმოჩენა ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის პირველი პირდაპირი მტკიცებულება იქნება და კვანტური ვაკუუმის უცნაურ ფიზიკაში ახალ ფანჯარასაც გაჭრის. ჰაიზენბერგის ნაშრომი ვარაუდობდა, რომ იდეალური ვაკუუმი სინამდვილეში ცარიელი არ არის. ის "ვირტუალურ ნაწილაკებს" უნდა შეიცავდეს, რომლებიც მცირე ხნით ჩნდება და ქრება.

მკვლევრებმა, მათ შორის სუინბერნის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის დოქტორმა, მარკუს ლოუერმა, ეს დიდი ხნის წინანდელი კვანტური საიდუმლო, ნეიტრონული ვარსკვლავის იშვიათი ტიპის, მაგნეტარის, შესწავლით გამოიკვლიეს, რომელსაც სამყაროში ცნობილი ყველაზე ძლიერი მაგნიტური ველი აქვს.

მათი დაკვირვებები, შესაძლოა, მაგნეტარის წარმოუდგენლად მძლავრ მაგნიტურ ველში ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის დაფიქსირების პირველ შემთხვევას წარმოადგენდეს. დადასტურების შემთხვევაში, ეს შედეგი მეცნიერებს კვანტური სამყაროს შესწავლის ახალ გზას გაუხსნის. მიგნებები ცოტა ხნის წინ ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა.

როგორ შეუძლია ექსტრემალურ მაგნიტურ ველებს სინათლის შეცვლა

ჩვეულებრივ, ვაკუუმში სინათლე ყველა მიმართულებით ერთნაირად ვრცელდება. თუმცა ზოგიერთ გამჭვირვალე მასალაში (მაგალითად, კრისტალებში) სინათლის სხივი ორ ნაწილად იყოფა, რომლებიც სხვადასხვა სიჩქარით და მიმართულებით მოძრაობს. ამ მოვლენას "ორმაგი გარდატეხა" ეწოდება.

ჰაიზენბერგის თეორიის თანახმად, საკმარისად ძლიერ მაგნიტურ ველს მსგავსი ეფექტის მოხდენა ვაკუუმზეც შეუძლია: ის ვაკუუმთან დაკავშირებულ ვირტუალურ ნაწილაკთა ზღვაზე ზემოქმედებს, ხოლო ეს ნაწილაკები, თავის მხრივ, სინათლეს კონკრეტული სახით გარდატეხს — ანუ ვაკუუმი ისე იქცევა, თითქოს ის თვითონაც ორმაგი გარდატეხის მქონე გამჭვირვალე მასალა იყოს. ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხა სწორედ ამ პროცესს ჰქვია.

მაგნეტარები ამ ეფექტის ძიების იშვიათ შესაძლებლობას იძლევა, რადგან მათი მაგნიტური ველები საკმარისად ძლიერია იმისათვის, რომ ნაწინასწარმეტყველები კვანტური ქცევა პოტენციურად დაკვირვებადი გახადოს.

დოქტორი ლოუერის საერთაშორისო კვლევითმა გუნდმა მაგნეტარი 1E 1547.0-5408 (შემოკლებით 1E1547) NASA-ს ტელესკოპით, IXPE-ით, შეისწავლა. დაკვირვებაში ასევე ორი სხვა ტელესკოპი მონაწილეობდა: კოსმოსურ სადგურზე განთავსებული NICER და ავსტრალიური რადიოტელესკოპი Murriyang. Murriyang-ით მოპოვებული მონაცემები ლოუერმა თავად შეაგროვა. მათი ანალიზი სუინბერნის სუპერკომპიუტერზე ჩატარდა. მკვლევრებს სწორედ ეს დაეხმარა დაედგინათ, არის თუ არა ეს აღმოჩენილი მოვლენა ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის პირველი პირდაპირი დასტური.

მიუხედავად იმისა, რომ ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხა 1930-იან წლებში იწინასწარმეტყველეს, დოქტორი ლოუერი აღნიშნავს, რომ მეცნიერებს ის ცალსახად ჯერ არ დაუფიქსირებიათ.

"ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის დასაფიქსირებლად საჭიროა მაგნიტური ველი, რომელიც 100 მილიონჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ნებისმიერი სხვა, რაც კი ოდესმე დედამიწაზე შეგვიქმნია. საბედნიეროდ, ბუნებამ მაგნეტარები მოგვაწოდა, რომლებიც ამ ეფექტის საძიებლად იდეალურ კოსმოსურ ლაბორატორიებს წარმოადგენს", — თქვა დოქტორმა ლოუერმა.

ილუსტრაცია მაგნეტარის მხატვრულ ხედვას წარმოადგენს. ეს ნეიტრონული ვარსკვლავის განსაკუთრებული ტიპია, საოცრად ძლიერი მაგნიტური ველით. ნეიტრონული ვარსკვლავების მასა ჩვეულებრივ მზის მასას აღემატება, თუმცა მათი დიამეტრი სულ რაღაც დაახლოებით 19 კილომეტრია, რაც მათ სამყაროში ერთ-ერთ ყველაზე მკვრივ ობიექტად აქცევს.

ვარსკვლავი თეთრ-მოლურჯო სფეროდაა გამოსახული, ხოლო მაგნიტური ველი მისი პოლუსებიდან გამომავალი ძაფებივით ჩანს.

ფოტო: ESA

დაკვირვებისთვის იდეალური გეომეტრიის მქონე მაგნეტარი

მკვლევრები ყურადღებით აკვირდებოდნენ, როგორ იცვლიდა მიმართულებას მაგნეტარიდან წამოსული რადიოტალღები ვარსკვლავის ბრუნვისას — მათი, ასე ვთქვათ, "პოლარიზაციის მდგომარეობას". ამ გაზომვებმა აჩვენა, რომ 1E 1547-ის მაგნიტური და ბრუნვის ღერძები ერთმანეთს თითქმის ემთხვევა. მაგნეტარზე დაკვირვება ასევე თითქმის პირდაპირ პოლუსის მხრიდან მიმდინარეობს.

ერთობლიობაში, ეს მახასიათებლები, მეცნიერებს 1E 1547-ის გარშემო ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის საძიებლად, უჩვეულოდ ხელსაყრელ პირობებს უქმნის.

შემდეგ გუნდმა ორი მნიშვნელოვანი მინიშნება იპოვა, რომლებიც კვანტურ ეფექტზე მიუთითებს. მაგნეტარიდან წამოსულმა და IXPE-ის მიერ დაფიქსირებულმა რენტგენულმა სხივებმა პოლარიზაციის უკიდურესად მაღალი დონე აჩვენა, დაკვირვების კუთხის მიხედვით, 40%-დან 80%-მდე. გარდა ამისა, ეს პოლარიზაცია იმავე მიმართულებით იყო ორიენტირებული, რაც მაგნეტარის მაგნიტურ ველს ჰქონდა, ზუსტად ისე, როგორც რადიოდაკვირვებებში გამოჩნდა.

პოლარიზაცია სინათლის ტალღის რხევის მიმართულებას აღწერს. ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის დროს, მაგნიტური ველი სინათლეზე ისე მოქმედებს, რომ მისი პოლარიზაცია სპეციფიკურად იცვლება: სწორედ ეს ცვლილება წარმოადგენს ფენომენის მთავარ, გასაზომ ნიშანს. თუ მეცნიერები მაგნეტარიდან მოსულ სინათლეში პოლარიზაციის მოულოდნელად მაღალ და თანმიმდევრულ ხარისხს დააფიქსირებენ, ეს შეიძლება ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის არსებობაზე მიუთითებდეს.

"მაგნიტური ველის სიმძლავრის გამო, ჰაიზენბერგის ვირტუალური ნაწილაკები იმ მიმართულებით სწორდება, საითაც ველია მიმართული", — თქვა დოქტორმა ლოუერმა — "იმაზე ყურადღებით დაკვირვებით, რადიოტალღები და რენტგენული სხივები მაგნეტარის ბრუნვისას რა მიმართულებით ირხევა, გუნდმა აღმოაჩინა, რომ 1E1547-ის მაგნიტური და ბრუნვის პოლუსების თანხვედრა ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხის დასაფიქსირებლად იდეალური იყო".

ილუსტრაციაზე გამოსახულია მაგნეტარი 1E 1547.0-5408 — სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავი, რომლის მაგნიტური ველიც დედამიწაზე ტრილიონჯერ უფრო ძლიერია. ლურჯი მრუდები ვარსკვლავის ორი მაგნიტური პოლუსიდან გამომავალ მაგნიტური ველის ხაზებს გამოსახავს.

ფოტო: NASA/Pablo Garcia

90-წლიანი კვანტური საიდუმლოს ამოხსნასთან მიახლოება

თუ ეს ინტერპრეტაცია დადასტურდება, შედეგი ფიზიკოსებს დაეხმარება შეამოწმონ, სამყაროში არსებულ ზოგიერთ ყველაზე ექსტრემალურ პირობებში, კვანტური ფიზიკის დამკვიდრებული თეორიები როგორ მოქმედებს.

დოქტორმა ლოუერმა აღნიშნა, რომ დამატებითი დაკვირვებები და უფრო მოწინავე კომპიუტერული სიმულაციები იმის დადგენაში დაეხმარება, არის თუ არა ეს სიგნალი ნამდვილად ვაკუუმური ორმაგი გარდატეხით გამოწვეული. ამგვარმა გაუმჯობესებებმა მკვლევრებს ნაწინასწარმეტყველები კვანტური კვალის მაგნეტარების გარშემო მიმდინარე სხვა ფიზიკური პროცესებისგან გარჩევა უნდა გაუადვილოს.

"ამ სამომავლო მონაცემებითა და ჩვენი განახლებული სიმულაციებით, შესაძლოა, საბოლოოდ შევძლოთ იმ მისიის დასრულება, რომელიც ჰაიზენბერგმა თითქმის 90 წლის წინ დაიწყო", — თქვა მან.

ნაშრომი ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა.

თუ სტატიაში განხილული თემა და ზოგადად: მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფერო შენთვის საინტერესოა, გამოიწერე ჩვენი YouTube არხი და უყურე თემატურ ვიდეოებს.