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Ciencia
¿Está realmente vacío el espacio?: el enigma cuántico que podría resolverse un siglo después
De confirmarse, este descubrimiento allanaría el camino para comprender cómo funcionan nuestras teorías de la física cuántica en uno de los entornos más extremos de nuestro universo
Los astrónomos podrían haber confirmado uno de los aspectos más curiosos de la mecánica cuántica: que el espacio aparentemente vacío puede alterar el comportamiento de la luz.
Este fenómeno, denominado «birrefringencia del vacío», fue predicho por primera vez hace casi 90 años por Werner Heisenberg, uno de los padres fundadores de la mecánica cuántica. Sugirió que incluso un vacío perfecto debería estar repleto de «partículas virtuales» que aparecen y desaparecen rápidamente.
Ahora, décadas después, astrónomos de la Universidad Tecnológica de Swinburne (Australia), utilizaron las propiedades de un magnetar, un tipo raro de estrella de neutrones con los campos magnéticos más fuertes del universo, para estudiar este caso cuántico frío.
Sus observaciones revelaron lo que podría ser la primera detección de birrefringencia del vacío en el campo magnético ultra fuerte del magnetar y podrían abrir nuevas vías para explorar el universo cuántico. Los resultados se publicaron recientemente en Nature.
En presencia de un campo magnético extremadamente potente, se espera que un mar de partículas virtuales de Heisenberg refracte la luz de maneras específicas, produciendo birrefringencia del vacío. Solo el raro magnetar posee campos magnéticos lo suficientemente fuertes como para hacer visible este efecto cuántico.
El Dr. Marcus Lower forma parte del equipo internacional que observó un magnetar conocido como 1E 1547.0–5408 (o 1E1547 para abreviar) utilizando el Explorador de Polarimetría de Rayos X de Imágenes (IXPE) de la NASA, con el apoyo del telescopio de rayos X NICER en la Estación Espacial Internacional y Murriyang, el radiotelescopio Parkes de CSIRO, propiedad de la agencia científica nacional de Australia y operado por ella.
Las observaciones del Dr. Lower, realizadas con Murriyang, y el análisis posterior utilizando la supercomputadora Ngarrgu Tindebeek de Swinburne podrían constituir la primera detección directa de este efecto cuántico, antes considerado teórico.
Rara estrella ultramagnética, clave para resolver un caso sin resolver de la mecánica cuántica.
El Dr. Lower afirmó que, a pesar de haber sido predicha en la década de 1930, la detección concreta de la birrefringencia del vacío ha resultado hasta ahora esquiva.
«Detectar la birrefringencia del vacío requiere un campo magnético más de 100 millones de veces más fuerte que cualquiera que hayamos creado en la Tierra. Afortunadamente, la naturaleza nos ha proporcionado magnetares, que son los laboratorios cósmicos perfectos para buscar este efecto», dijo el Dr. Lower.
Mediante un seguimiento minucioso de la dirección de oscilación de las ondas de radio emitidas por el magnetar (su «estado de polarización») a medida que gira, el equipo descubrió que los ejes magnético y de rotación de 1E 1547 están casi alineados y se observan prácticamente de frente. Esta combinación de geometría magnética y de observación hace que 1E 1547 sea ideal para buscar birrefringencia del vacío.
El equipo identificó entonces dos señales reveladoras de que la birrefringencia del vacío está actuando alrededor del magnetar: descubrieron que los rayos X producidos por el magnetar y captados por IXPE tenían niveles de polarización extremadamente altos y que la dirección de polarización estaba sincronizada con el campo magnético de 1E1547 de la misma manera que las ondas de radio.
«Debido a la intensidad del campo magnético, las partículas virtuales de Heisenberg se alinean con la dirección en la que apunta el campo», explicó el Dr. Lower.
«Mediante el seguimiento minucioso de la dirección en la que oscilan las ondas de radio y los rayos X a medida que gira el magnetar, el equipo descubrió que la alineación de los polos magnéticos y rotacionales de 1E1547 era ideal para detectar la birrefringencia del vacío», señala.
De confirmarse, este descubrimiento allanaría el camino para comprender cómo funcionan nuestras teorías de la física cuántica en uno de los entornos más extremos de nuestro universo.
El Dr. Lower afirma que este importante hallazgo podría confirmarse pronto, con datos adicionales y simulaciones informáticas mejoradas para diferenciar mejor la señal de birrefringencia del vacío de otros procesos que ocurren alrededor de los magnetares.
«Con estos datos futuros a nuestra disposición y nuestras simulaciones actualizadas, por fin podremos completar la búsqueda que Heisenberg inició hace casi 90 años», sentencia.
