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

Příběh tří hvězdných měst

Příběh tří hvězdných měst

Díky novým pozorováním, která pořídil dalekohled VST, se astronomům podařilo...
3D tiskárna pro extrémní podmínky

3D tiskárna pro extrémní podmínky

Společnost Made in Space představila speciální 3D tiskárnu, která funguje i ve...
Když černá díra dostane chuť na galaxii…

Když černá díra dostane chuť na...

Pozorování takzvaných ‘medúzovitých galaxií’ pomocí dalekohledu...
Evropané vypustili další družice

Evropané vypustili další družice

Ve středu 2. srpna ráno vypustila společnost Arianespace raketu...
Rusové na Měsíci? Projekt se opět odkládá.

Rusové na Měsíci? Projekt se opět...

Ruská oficiální místa přiznala, že jejich plány na dobytí...
Vrchol představení Perseid se blíží

Vrchol představení Perseid se blíží

Známý meteorický roj Perseidy hraje své každoroční nebeské divadlo již od...
V pondělí dojde k částečnému zatmění Měsíce

V pondělí dojde k částečnému...

V pondělí 7. srpna budeme moci pozorovat neobvyklý úplněk. Měsíc bude při svém...
NASA v říjnu otestuje obranný planetární systém

NASA v říjnu otestuje obranný...

Před časem jsme vás informovali, že NASA plánuje systém ochrany před...
Nová posádka na Mezinárodní vesmírné stanici

Nová posádka na Mezinárodní...

Stávající členy Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) doplnila koncem...
Nalezen první exoměsíc?

Nalezen první exoměsíc?

Sonda Kepler, která od roku 2009 hledí do hlubokého vesmíru, učinila významný objev....

Nenechte si ujít další zajímavé články

Postrach klášterů: Josef II. připravil o dobré bydlo 60 000 řeholníků

Postrach klášterů: Josef II....

„Je to Antikrist,“ ozývá se kritika z církevních kruhů na adresu císaře Josefa...
Antarktida: Krásné video ukazuje pláně věčného klidu

Antarktida: Krásné video ukazuje...

Je jediným světadílem, který zůstává rukou člověka téměř...
Mistr převleků Steven Russell: Z cely na filmové plátno!

Mistr převleků Steven Russell: Z...

Jeho inteligenční kvocient činí vysoce nadprůměrných 168 a možná si jeho...
Lze díky vědě předcházet přírodním katastrofám?

Lze díky vědě předcházet...

Jako kdyby nestačily války, násilí nebo třeba dopravní nehody. I matička Země...
6 x největší proutníci, kteří vládli světu: Proč sklízeli u žen takový obdiv?

6 x největší proutníci, kteří vládli...

Vládli světu. Měli moc i peníze – ale také spoustu románků a sexu s mnoha...
Představujeme šokující účinky hub, o kterých jste neměli ani tušení!

Představujeme šokující účinky hub, o...

Houby jsou dobré tak leda jako důvod k procházce po lese a následně do...
Facebook: Jsme sledováni na každém kroku?

Facebook: Jsme sledováni na...

Facebook nám pomáhá navazovat kontakty, poskytuje informace. Na druhé straně nám...
Konspirace: Přežil Elvis Presley svou smrt?

Konspirace: Přežil Elvis Presley...

Zatímco celý hudební svět šílí z jeho smrti, on pod jménem John Burrows...
Odborníci varují: Nenechávejte šedý zákal „dozrát“!

Odborníci varují: Nenechávejte šedý...

Šedý zákal je nejčastější příčinou oslepnutí na světě. Postihne každého...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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