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

Systém Galileo čelí vážným problémům

Systém Galileo čelí vážným...

Evropský navigační systém Galileo, jehož administrativní centrum sídlí v...
Evropský výstup do otevřeného kosmického prostoru

Evropský výstup do otevřeného...

Kosmonaut ESA Thomas Pesquet uskutečnil v pátek 13. ledna svůj první...
Jak by mohli vypadat mimozemšťané?

Jak by mohli vypadat mimozemšťané?

Vzhledem k nedostatku zkušeností se můžeme jen dohadovat, zda scénář...
Jak vysoko člověk vyskočí na jiných planetách?

Jak vysoko člověk vyskočí na...

Člověk není nijak skvělým skokanem. Na Zemi z místa vyskočí průměrně do...
Proč zemřel sovětský kosmonaut Vladimír Komarov?

Proč zemřel sovětský kosmonaut...

Rok 1967 byl z hlediska dobývání vesmíru více než tragický. Hned...
Bažiny a stoupající hladiny moří

Bažiny a stoupající hladiny moří

Jak se projevuje změna klimatu v případě mokřadů? Na louce podél Raccoon Creek...
4 nejnebezpečnější místa ve vesmíru

4 nejnebezpečnější místa ve vesmíru

 Vesmír je fascinující, úžasný, ale také drsný a nebezpečný. V otevřeném prostoru...
Složitá cesta procesoru

Složitá cesta procesoru

Procesor, neboli CPU (Central Processing Unit) je základní součástkou počítače...
Co skrývají pleny?

Co skrývají pleny?

Od zavedení jednorázových plen ve 40. letech minulého století došlo v mnoha směrech k...
Blíží se srážka hvězd viditelná pouhým okem

Blíží se srážka hvězd viditelná...

Co přinese rok 2022? V Kataru proběhne světový fotbalový šampionát....

Nenechte si ujít další zajímavé články

Cestovatel Ty Dalitz: Bez využití letadla projel půl světa!

Cestovatel Ty Dalitz: Bez využití...

Jmenuje se Ty Dalitz, pochází z Austrálie a má za...
Irští lékaři: V oblasti břicha má člověk orgán, o kterém nic nevíme!

Irští lékaři: V oblasti břicha má...

Desítky let žijeme v domnění, že o složení lidského...
VIDEO: Potápěč zamířil na dno zamrzlého lomu!

VIDEO: Potápěč zamířil na dno...

Potápění se ve světě těší stále větší oblibě....
Tajemný předchůdce Leonarda da Vinciho: Uměl vůbec psát?

Tajemný předchůdce Leonarda da...

Na 33 pergamenových listů v pařížské Národní knihovně...
Halleyova kometa: Proč její průlet vyvolal paniku?

Halleyova kometa: Proč její...

Jde o snad nejznámější z nebeských vlasatic. Ze...
Otřesný zážitek proslulého boxera: Předpověděl smrt soupeře?

Otřesný zážitek proslulého boxera:...

Boxerská legenda Suger Ray Robinson si rve vlasy....
Nový stát na mapě Evropy: Jaké probíhaly hádky o československé hranice?

Nový stát na mapě Evropy: Jaké...

To, co se na začátku 1. světové války zdálo...
Téměř zapomenutý vynález: Revoluční pluh vyjel z východních Čech!

Téměř zapomenutý vynález: Revoluční...

Rybitví, Rybitví, Rybitví, ani tam to není špatný,...
Whisky, která zrála mezi hvězdami: Jak chutná?

Whisky, která zrála mezi...

Chtěli byste ochutnat whisky, která zrála mezi...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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