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

Největší oko do vesmíru

Největší oko do vesmíru

Dne 26. května 2017 byl poblíž observatoře Evropské jižní observatoře...
Webbův teleskop zná první cíle svého výzkumu

Webbův teleskop zná první cíle...

Plynný obr Jupiter, organické molekuly v mračnech formujících...
Žádný člověk, ale elektromobil Tesla Roadster poletí k Marsu

Žádný člověk, ale elektromobil...

Přijde vám to zvláštní? Elonu Muskovi zřejmě nikoliv. Není tajemstvím, že...
Sonda Voyager 1 po téměř 40 letech zapnula motory

Sonda Voyager 1 po téměř 40...

Opustila už sféru sluneční soustavy. Je od nás vzdálená 19 a půl...
Slunce se dočká nových hvězdných sousedů

Slunce se dočká nových hvězdných...

Náš nejbližší hvězdný soused? Už na základních školách se děti...
Vesmírná šance pro evropské firmy

Vesmírná šance pro evropské firmy

Tisíce nových pracovních míst a podpora místních ekonomik jsou přímými důsledky z...
Přehledně: Jaká budoucnost je přichystána pro vesmír?

Přehledně: Jaká budoucnost je...

Předpovídat budoucnost je věc ošemetná. Avšak, ve chvíli, kdy jsou k dispozici vědecká...
Kam dopadnou trosky čínské vesmírné stanice?

Kam dopadnou trosky čínské...

Někdy na začátku roku 2018 vstoupí bezpilotní čínská kosmická stanice Tiangong-1...
Nadějná exoplaneta, která míří k naší sluneční soustavě

Nadějná exoplaneta, která míří k...

Pouhých 11 světelných let od Slunce byla objevena planeta o velikosti Země s...
Jak se mění vlhkost půdy za poslední čtyři desetiletí?

Jak se mění vlhkost půdy za...

Evropská kosmická agentura, jejímž členem je i Česká republika, uvolnila...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Kyborgové se znamením šelmy: Implantáty čipů jako budoucnost, nebo zkáza lidstva?

Kyborgové se znamením šelmy:...

K čemu kouzelný proutek? Stačí mávnout rukou a auta se sama odemykají, dveře...
Záhadná dvojčata June a Jennifer: Aby jedna mohla žít, druhá musí zemřít!

Záhadná dvojčata June a Jennifer: Aby...

Na první pohled dvě milé dívenky, které se podobají jako vejce vejci. Před...
Múza Jindřicha Štyrského: Věrná Toyen vyprovodila malíře až do náruče smrti!

Múza Jindřicha Štyrského: Věrná Toyen...

Nevšední žena oblečená v černém zaujme při procházce na pobřeží ostrova malíře...
Video: Duch Pepka námořníka se usadil na Maltě!

Video: Duch Pepka námořníka se...

Do roku 1980 nemá Malta s Pepkem námořníkem nic společného. Jenže pak se sem...
Budoucnost přežití? Vypustit krev, zchladit tělo na 10 stupňů!

Budoucnost přežití? Vypustit krev,...

Každá živá buňka potřebuje kyslík. Když ho nemá, umírá, pokud se...
Proč skáčou psi z mostu? Překvapivé vysvětlení!

Proč skáčou psi...

Thomas pustí z vodítka svoji fenku retrívra. Nemá strach, že by začala vyvádět....
Stal se za první republiky benzín pro československé letectvo předmětem nekalých obchodů?

Stal se za první republiky benzín pro...

Československá armáda potřebuje začátkem 20. let benzín pro svoje auta a...
Sekta s názvem Fiat Lux: Členové nosí bílé šaty na znamení čistoty!

Sekta s názvem Fiat Lux: Členové nosí...

Žena v bílých šatech a černé paruce se evidentně nachází v transu a mluví...
Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se slaví Vánoce ve světě?

Jak se stalo, že tento křesťanský svátek dodržujeme do dnešních časů? Jaké...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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