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
reklama

Související články

Co prozradily zkamenělé výkaly?

Evropští vědci v nedávné době provedli analýzu vzorků lidských exkrementů...

Objevená mumie vypovídá o...

Na základě nálezu pozůstatků egyptského šlechtice Khuwy jsou si badatelé...

Filmový unikát z ISS je dotočen: Ruský...

Ruský snímek Výzva režiséra Klima Šipenka je konečně dotočen. Unikátní projekt, jehož...

Muž, či žena?

Archeologický tým objevil ve Statenicích u Prahy hrob s lidskými pozůstatky z...

Kanaďanka se probudila vedle...

„Nikdy v životě jsem se tak nebála,“ řekla Ruth Hamiltonová poté, co se v její...

Když si kráva odskočí: Vyměšováním...

Cesta od telete k mléku a steaku je velmi dlouhá a nákladná – a zatěžující...

42 snímků planetek přispěje k...

Pomocí dalekohledu ESO/VLT v Chile astronomové pořídili snímky 42 planetek...

Revoluční zjištění francouzských...

Navzdory našim mnohaletým snahám o rozkrývání záhad vesmíru je toho stále velká...

Osteoporóza přichází nenápadně

Denzitometrie neboli měření hustoty minerálů v kostech je jedním z...

Využití virtuální reality pro...

Unikátní systém, kombinující využití virtuální reality a výcvikové haly o...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Objevený hrob ve Statenicích u Prahy: byl v něm muž, či žena?

Objevený hrob ve Statenicích u...

Archeologický tým objevil ve Statenicích u Prahy hrob s lidskými pozůstatky z...
Když dva strašliví „agenti“ pustoší Vietnam

Když dva strašliví...

Úplně nový rozměr dostala taktika spálené země s příchodem modernějších zbraní...
Nevyjasněná smrt Rudolfa Diesela: Sebevražda versus rafinované zmizení

Nevyjasněná smrt Rudolfa Diesela:...

Možná, že právě vy máte doma vozidlo s dieselovým motorem, aniž byste tušili, že...
Zářící schopnosti: Kdo v přírodě svítí?

Zářící schopnosti: Kdo v přírodě...

Někteří zástupci živočišné a rostlinné říše umějí světélkovat neboli vyzařovat...
Výchova dětí pod drobnohledem

Výchova dětí pod drobnohledem

Dítě dostává ve škole zadání, aby popsalo svou rodinu – sestřičku, brášku,...
Povstání havířů odskákalo třináct nevinných

Povstání havířů odskákalo třináct...

Gotická přestavba v době vlády českého krále Vladislava Jagellonského udělá z hradu...
Hrad Loket: Jaké ukrývá záhady?

Hrad Loket: Jaké ukrývá záhady?

Ve své bohaté historii nebyl nikdy dobyt, i když po jeho skalpu toužili i...
Kdo je Justin Bieber? Rodina z jižní Georgie ukazuje, jak se žije bez moderních technologií

Kdo je Justin Bieber? Rodina z...

Praha, 21. 10. 2021: Život bez internetu, televize, počítačů nebo...
Obří tunel za Rakouska-Uherska: Ze záložny mizí miliony!

Obří tunel za Rakouska-Uherska: Ze...

Otylý úředník Ort sotva vyšplhá do vlaku. V kupé sedí s manželkou vinohradského...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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