Birefringe science

С темной материей и прочими материальными свидетельствами новой физики за пределами Стандартной Модели пока негусто: к примеру, 2022 Год Джекпота разбил надежды на нарушение лептонной ароматной универсальности в эксперименте LHCb, а 2023 Год Джекпота стартовал “закрытием” легких стерильных нейтрино из νMSM в процессах распада урана-235 (однако, что радует, не самой аномалии эксперимента STEREO — она по-прежнему никуда не делась, как и галлиевая, более близкая русскому читателю). Что касается очень тяжелых стерильных нейтрино, которые обязывает к существованию “качельный механизм”, то с ними данный эксперимент расправиться бессилен, их наличие во Вселенной может быть показано или опровернуто лишь космологическими экспериментами следующего поколения.

Веселее обстоят дела с экзотическими эффектами, которые в СМ и ОТО с некоторой натяжкой укладываются, например, квантовой поляризацией вакуума и вызванным ею двойным лучепреломлением вакуума.

Вообще говоря, оно уже было обнаружено астрофизиками в 2016-м на примере звезды RX J1856.5–3754. Вам незнакомо это поэтичное название? Наверняка нет, а зря, ведь RX J1856.5–3754 в созвездии Южной Короны — ни много ни мало ближайшая к Земле нейтронная звезда. Впрочем, факт открытия спустя некоторое время был поставлен под сомнение из-за низкой точности модели звезды, в частности, неясностей с направлением оси намагниченности. Предлагался и новый метод измерения двойного лучепреломления, известный как OVAL.

Недавно сделана повторная заявка на экспериментальную регистрацию вожделенного эффекта — на сей раз не в видимом спектре, а в рентгеновском, что должно придать наблюдениям бóльшую респектабельность.

Объектом изучения космической лаборатории IXPE, запущенной прошлой зимой, стал магнетар 4U 0142+61 в созвездии Кассиопеи, удаленный от нас примерно на 13 тыс. св. лет. Чудовищно сильные магнитные поля (как и для RX J1856.5–3754, их индукция достигает 100 трлн Гс, или 10 млрд Тл) в его окрестностях — вакууме, кишащем виртуальными электрон-позитронными парами, — по мысли физиков, вынуждают векторы поляризации рентгеновского излучения магнетара, вылетающего с поверхности, “следовать за собой” вплоть до расстояния в 100 раз больше радиуса звезды. В этом сценарии наблюдаемое на Земле излучение оказывается поляризовано заметно сильнее, чем ожидалось бы в модели с “размыванием” поляризации из-за неравномерностей ориентации диполей магнитного поля при излучении с больших ареалов поверхности звезды.

Для недвусмысленного подтверждения эффекта двойного лучепреломления вакуума требовалось обнаружить совокупную линейную поляризацию не менее 40% при интегрировании по спектрам энергии и фазы.

Авторы, сотрудники Падуанского университета, довольствовались значением в (13.5 ± 0.8) % в диапазоне энергий 2–8 кэВ, но их обнадеживает то обстоятельство, что при высоких энергиях (от 5.5 кэВ и выше) поляризация достигала (35.2 ± 7.1)%. При более низких энергиях угол поляризации составил 50 градусов, а при переходе в область выше 5 кэВ переключился к -40 градусам. Такой неожиданный перпендикулярный “свинг” показывает, что в двух областях энергоспектра рентгеновские фотоны поляризованы по двум разным ортогональным модам (X-мода и O-мода), и — это главный побочный результат работы — говорит в пользу моделей, где поверхность магнетара покрыта твердой ионной коркой, в которую сконденсировалась атмосфера, с инвертированным температурным градиентом. Атомы в ионной решетке при этом также существенно деформированы в направлении магнитного поля.

Зависимость степени и угла поляризации от фазы существенна и обладает “двугорбой” природой.

Механизмы возникновения и поддержания столь мощных магнитных полей в магнетаре от этой статьи, впрочем, яснее не стали (одним МГД этого не объяснить, предпочтительно сочетание сверхпроводимости и сверхтекучести). Ясно только, что не все они ископаемые.

Быть может, основная цель существования магнетаров вроде 4U 0142+61, самых мощных магнитов известной Вселенной, именно в том, чтобы висеть приманкой в небе для не в меру любопытных разумных рас.

Кстати, если бы магнетар этого класса вдруг приблизился к Земле на то же расстояние, что и Луна, то затер бы своим магнитным полем все архивы человечества на винчестерах и стриммерных лентах, не говоря уж про банковские карточки с магнитными полосами. Поэтому некоторым бахвальством кажется использование поставщиками такой продукции брендов вроде ETERNUS.