Vakuum vykazuje podivné kvantové vlastnosti

Týmu astronomů pracujícímu s dalekohledem ESO/VLT se ve světle vyzařovaném mimořádně hustou neutronovou hvězdou se silným magnetickým polem zřejmě podařilo zachytit první známky kvantového efektu, jehož předpověď pochází již z roku 1930. Stupeň polarizace pozorovaného světla naznačuje, že v jinak prázdném prostoru v okolí neutronové hvězdy by se mohl projevovat kvantový jev známý jako dvojlom vakua.

This artist’s view shows how the light coming from the surface of a strongly magnetic neutron star (left) becomes linearly polarised as it travels through the vacuum of space close to the star on its way to the observer on Earth (right). The polarisation of the observed light in the extremely strong magnetic field suggests that the empty space around the neutron star is subject to a quantum effect known as vacuum birefringence, a prediction of quantum electrodynamics (QED). This effect was predicted in the 1930s but has not been observed before. The magnetic and electric field directions of the light rays are shown by the red and blue lines. Model simulations by Roberto Taverna (University of Padua, Italy) and Denis Gonzalez Caniulef (UCL/MSSL, UK) show how these align along a preferred direction as the light passes through the region around the neutron star. As they become aligned the light becomes polarised, and this polarisation can be detected by sensitive instruments on Earth.

Roberto Mignani z italského Národního ústavu pro astrofyziku (INAF) a jeho tým využili dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) pracující na observatoři Paranal v Chile ke zkoumání neutronové hvězdy RX J1856.5-3754, která leží asi 400 světelných let od Slunce.

Přestože se jedná o jednu z nejbližších známých neutronových hvězd, je tak mimořádně slabá, že její pozorování pomocí přístroje FORS2 a dalekohledu VLT bylo doslova na hranici technických možností současných astronomických zařízení.
Neutronové hvězdy jsou velmi hustými pozůstatky jader hvězd alespoň desetkrát hmotnějších než Slunce, které v závěrečné fázi svého vývoje explodovaly jako supernovy. Nesou mimořádně silné magnetické pole – miliardkrát silnější než například u Slunce, které proniká jejich povrchovými vrstvami do okolního prostoru.

Magnetická pole neutronových hvězd jsou tak silná, že mohou ovlivňovat dokonce vlastnosti prázdného prostoru v okolí. Vakuum většinou považujeme za naprosto prázdné a světlo jím může procházet bez jakékoliv změny. Z pohledu kvantové elektrodynamiky je však prázdný prostor naplněn neustále vznikajícími a zanikajícími virtuálními nabitými částicemi. Kvantová teorie popisuje rovněž interakce mezi těmito nabitými částicemi a fotony. Velmi silná magnetická pole mohou ovlivňovat vlastnosti prostoru takovým způsobem, že i ve vakuu může docházet ke změnám polarizace světla, které jím prochází.

2

Roberto Mignani vysvětluje: „Podle kvantové elektrodynamiky se vakuum v silném magnetickém poli při průchodu světla chová podobně jako hranol a dochází zde k jevu, který je známý jako dvojlom vakua.“

Dvojlom vakua je jedním z mnoha jevů předpovězených v rámci kvantové elektrodynamiky, ale jako jeden z mála dosud nebyl pozorován. Pokusy o jeho detekci v laboratorních podmínkách jsou neúspěšné již 80 let, od doby, kdy existenci jevu předpověděli Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler.
„Jev lze detekovat pouze za přítomnosti mimořádně silných magnetických polí, jaká se vyskytují například v okolí neutronových hvězd. To znovu ukazuje, že neutronové hvězdy představují pro vědce nenahraditelné přírodní laboratoře, ve kterých je možné testovat základní zákony přírody,“ říká Roberto Turolla z padovské univerzity.

Po pečlivé analýze dat se týmu podařilo odhalit známky lineární polarizace (na úrovni kolem 16%) – což by mohlo být důsledkem zesilujícího efektu vakuového dvojlomu, který nastává v prázdném prostoru obklopujícím neutronovou hvězdu RX J1856.5-3754.

3

Vincenzo Testa taktéž působící na INAF pozorování dále komentuje: „Jedná se o vůbec nejslabší astronomický objekt, u jakého kdy byla polarizace světla měřena. Stupeň lineární polarizace, který jsme naměřili, není možné jednoduše vysvětlit pomocí dostupných modelů, pokud nebereme v úvahu také vakuový dvojlom předpovězený kvantovou elektrodynamikou,“ říká dále Roberto Mignani.

Vědci s napětím očekávají další vylepšení možností výzkumu v této oblasti, které přinese příští generace přístrojů a větších dalekohledů. „Měření polarizace pomocí skutečně velkých dalekohledů, jakým bude například teleskop ESO/E-ELT (European Extremely Large Telescope), mohou hrát zásadní úlohu při testování předpovědí kvantové elektrodynamiky stran efektů způsobených dvojlomem vakua u mnohem většího počtu neutronových hvězd. Měření, která jsme provedli ve viditelném světle, rovněž připravují půdu pro obdobné experimenty na vlnových délkách rentgenového záření,“ dodává Kinwah Wu z londýnské univerzity.

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Kdo má židli, ten bydlí… na Marsu.

Kdo má židli, ten bydlí… na Marsu.

Plány na osídlení Marsu se z románových a teoretických rovin začínají...
Kolem Země proletěl asteroid

Kolem Země proletěl asteroid

Včera proletěl ve vzdálenosti 44 000 kilometrů kolem Země asteroid pod...
Další družice Galileo se chystají na start

Další družice Galileo se...

Další dvě nové družice evropského navigačního systému Galileo...
Evropská cesta do vesmíru

Evropská cesta do vesmíru

Výsledky druhé světové války vykreslily na mapu světa dvě supervelmoci:...
Chlormetan? Ve vesmíru žádná velká vzácnost

Chlormetan? Ve vesmíru žádná...

Pozorování provedená pomocí radioteleskopu ALMA a kosmické sondy...
60 let od startu první družice

60 let od startu první družice

Východní blok jásal, západ překvapeně kulil oči. Ale lidstvo jako...
Záhada methanu na Marsu: důkaz života nebo jen chemie?

Záhada methanu na Marsu: důkaz...

Objev methanu v atmosféře Marsu vyvolal svého času diskuze o existenci...
Které hvězdy se blíží ke Slunci?

Které hvězdy se blíží ke Slunci?

Pohyb více než 300 tisíc hvězd pozorovaný observatoří ESA Gaia ukázal,...
8 největších výzev kosmického věku

8 největších výzev kosmického věku

Je to již více než 60 let, co lidstvo vstoupilo do kosmické éry. Z...
Teleskop CHIME byl dokončen

Teleskop CHIME byl dokončen

Hlavním cílem teleskopu Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Strašliví naguálové: Dovedli se indiánští šamani proměňovat v jaguáry?

Strašliví naguálové: Dovedli se...

Španěl následuje domorodého průvodce. Potomek Aztéků mu slíbil ukázat cestu ke...
Objevené bohatství: Nejznámější zlaté poklady všech dob

Objevené bohatství: Nejznámější...

Potopené lodě, zakopané truhly nebo hroby plné cenných...
Historie příborů: V 11. století mluví církev o vidličce jako o ďáblově nástroji!

Historie příborů: V 11. století mluví...

Podle odhadu odborníků používá svatou trojici lžička–vidlička–nůž denně asi...
Děsivé jihlavské popraviště: Bloudí zde duchové odsouzených?

Děsivé jihlavské popraviště:...

Na okraji Jihlavy se nachází kopec přezdívaný Krkavčí vrch. Jihlavané toto místo...
Fascinující zvířata: Proč se pandy naučily žrát bambus?

Fascinující zvířata: Proč se pandy...

Bambus tvoří 99 % jídelníčku pandy velké, přesto však není zažívání tohoto velkého...
Civilizační nemoci: Proč jsme proti nim bezradní?

Civilizační nemoci: Proč jsme...

Rakovina, cukrovka nebo obezita. To je jen malý výčet nemocí, kterými...
Příběh prvního anglického mafiána: Potopí ho až obyčejná krajka!

Příběh prvního anglického mafiána:...

Stal se prvním, komu se podařilo jako prvnímu ovládnout takřka celé...
VIDEO: Úchvatný výstup na Mount Everest

VIDEO: Úchvatný výstup na Mount...

Z pohodlí domova dnes můžete zažít prakticky cokoliv. Mohou za to...
Falešné důkazy proti Dreyfusovi: Kdo stál za temnou aférou?

Falešné důkazy proti Dreyfusovi:...

Francouzská kontrašpionážní služba zachytí roku 1894 rukou psaný dopis. Právě vzplál...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.