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.

Rubriky:  Vesmír
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

Jak se žije astronautům?

Život ve vesmíru se ani vzdáleně nedá srovnávat s tím na Zemi. Přestože...

Hustí démoni vesmíru: neutronové...

Z pohledu vesmírných rozměrů to jsou nepatrné objekty. Trénovaný člověk by...

Astronomové nalezli spící černou...

Mezinárodní expertní tým známý vyvrácením několika objevů černých děr...

Nejlépe nám bude v jámě: Podzemí...

S plánovaným pobytem člověka na Měsíci je to složité. Nástrah je příliš a...

Jak Saturn přichází o své prstence?

V naší sluneční soustavě je Saturn považován za krále prstenců, tento druhý...

Jakub Krejčík: Vesmírný automat na...

Když před sedmi lety přivedl Jakub Krejčík jako první na evropský trh...

Snímky NASA ukazují klimatickou...

Satelitní fotografie nádrže Mead na hranicích Nevady a Arizony názorně...

Spojenectví pro dobro vědy: Ruská...

Propuštěním dosavadního vedoucího ruské kosmické agentury Roskosmos, který...

První vědecké snímky Jamese Webba

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) v úterý zveřejnil...

Hádka o Měsíc: Peking rozlítilo...

Šéf Národního úřadu pro letectví a vesmír Bill Nelson před několika dny ostře...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Sevřeni v šiku, zoceleni bojem

Sevřeni v šiku, zoceleni bojem

Přesný čtverec, v němž vedle sebe pochodují pikenýři a arkebuzíři s mušketýry,...
5 tipů, jak se dostat do dobré fyzické i psychické kondice

5 tipů, jak se dostat do dobré...

Říká se, že ve zdravém těle je zdravý duch. Pokud jste se rozhodli,...
Dravec versus šelma: Kdo zvítězil v souboji orlice se lvem?

Dravec versus šelma: Kdo...

Prvním symbolem českého státu se stává svatováclavská orlice, kterou se...
Neberte depresi na lehkou váhu!

Neberte depresi na lehkou váhu!

Deprese není projevem špatné nálady ani přechodným stavem mysli. Je vážným...
Proč běžec Emil Zátopek nemohl najít práci?

Proč běžec Emil Zátopek nemohl...

„Když nemůžeš, tak přidej!“ Nekompromisní životní heslo a tvrdou přípravu...
Záhada nedostavěného chrámu: Leží v Panenském Týnci ostatky svaté Anežky?

Záhada nedostavěného chrámu: Leží v...

Mohutné zdi nedostavěného chrámu se tyčí do výšky v Panenském Týnci na Lounsku....
Proč někdo pojídá to, co nikdo nechce?

Proč někdo pojídá to, co nikdo...

Koprofágie neboli pojídání vlastních výkalů se na první pohled může zdát jako...
Zachránili Poláci a Čechoslováci Brity v bitvě o Británii?

Zachránili Poláci a Čechoslováci...

Po 15. březnu 1939 se v okupovaném Protektorátu Čechy a Morava spousta mladých...
Hledání partnera podle pachu!

Hledání partnera podle pachu!

Proč se někomu daří na svůj protějšek zapůsobit s obrovskou intenzitou,...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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