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

Úspěšný test čínské zásobovací rakety

Úspěšný test čínské zásobovací...

Čínský vesmírný program zaznamenal další úspěch. První vesmírná nákladní...
Půl století od první smrtelné kosmické havárie

Půl století od první smrtelné...

Právě dnes uplynulo 50 let od první smrtelné nehody v dějinách...
Sonda Cassini se připravuje na velké finále

Sonda Cassini se připravuje na...

Včera v ranních hodinách středoevropského času se sonda Cassini přiblížila...
Nový kandidát pro život ve vesmíru?

Nový kandidát pro život ve vesmíru?

Extrasolární planeta typu super-Země obíhající kolem červeného trpaslíka...
Hvězdy, jejichž rodičem je černá díra

Hvězdy, jejichž rodičem je černá...

Výzkum provedený pomocí dalekohledu ESO/VLT odhalil procesy formování hvězd v...
Jak vypadá noční Země?

Jak vypadá noční Země?

Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA) zveřejnil novou mapu,...
OBRAZEM: Pozoruhodné snímky z dílny NASA

OBRAZEM: Pozoruhodné snímky z...

Hvězdné nebe fascinovalo a přitahovalo přemýšlivé lidi...
Kterak zlý Mars zničil své děti…

Kterak zlý Mars zničil své děti…

Země a Měsíc tvoří takřka dokonalý pár. Jejich vzájemný tanec probíhá bez...
Pohled do nitra komety: Jak se bortí vesmírné těleso?

Pohled do nitra komety: Jak se...

Vědci mise meziplanetární sondy Rosetta poprvé prokázali spojitost mezi...
Jak zvládnout lunární noc?

Jak zvládnout lunární noc?

Plánovači budoucích lunárních misí a základen se budou muset vypořádat se...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Další mýtus o spánku padnul!

Další mýtus o spánku padnul!

Je známou věcí, že jak stárneme, spíme méně....
5 chytrých zvířat, která jíme

5 chytrých zvířat, která jíme

Věděli jste, že holoubě má inteligenci tříletého...
Žďár nad Sázavou – město pod Zelenou horou

Žďár nad Sázavou – město pod...

Je tomu už více než 400 let, co byl Žďár...
První Disneyland: Počátek nesmrtelného fenoménu!

První Disneyland: Počátek...

Svět Disneyových postaviček, které jednou zalidní...
Konspirace: Zabila krásnou herečku FBI?

Konspirace: Zabila krásnou...

Název jejího průlomového filmu jako kdyby vystihoval...
Podivná smrt Billyho Kida: Jak zemřel známý bandita?

Podivná smrt Billyho Kida: Jak...

Billy Kid je patrně nejslavnější postavou...
VIDEO: První seskok bez padáku, ze kterého se tají dech!

VIDEO: První seskok bez padáku, ze...

Americký parašutista Luke Aikins se v loňském...
Záhady kostela v Klášterci: Je nestarší v Česku?

Záhady kostela v Klášterci: Je...

V podhůří Orlických hor se nachází vesnice s kostelem,...
Existují strašliví ohniví muži?

Existují strašliví ohniví muži?

Pověsti jsou plné přízraků, které se zjevují ověnčeny...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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