- Časopis Quark - https://www.quark.sk -

Podivné kvantové vlastnosti

Tímu astronómov z observatória na Cerro Paranal v Čile sa vo svetle vyžarovanom neutrónovou hviezdou so silným magnetickým poľom zrejme podarilo zachytiť prejavy kvantového efektu, známeho ako dvojlom vákua. Ide o prvé pozorovanie tohto typu kvantového efektu.

Pozorovania neutrónovej hviezdy pomocou teleskopu VLT (Very Large Telescope) na Cerro Paranal v Čile môžu potvrdiť 80 rokov starú predpoveď vlastností vákua. Tímu astronómov pracujúcemu s ďalekohľadom VLT sa vo svetle vyžarovanom mimoriadne hustou neutrónovou hviezdou so silným magnetickým poľom zrejme podarilo zachytiť prvé známky kvantového efektu, ktorého predpoveď pochádza z roku 1930.

Dvojlom vákua

Obrázok znázorňuje, akým spôsobom svetlo opúšťa povrch silne zmagnetizovanej neutrónovej hviezdy a neskôr dochádza k jeho lineárnej polarizácii pri prechode vákuom kozmického priestoru v blízkosti neutrónovej hviezdy (predtým, než dorazí k Zemi). Ilustrácia ESO

Stupeň polarizácie pozorovaného svetla naznačuje, že v inak prázdnom priestore v okolí neutrónovej hviezdy by sa mohol prejavovať kvantový jav známy ako dvojlom vákua. Roberto Mignani (INAF Miláno, Taliansko a Univerzita v Zielonej Gore, Poľsko) a jeho tím využili ďalekohľad VLT na skúmanie neutrónovej hviezdy RX J1856.5-3754, ktorá leží asi 400 svetelných rokov od Slnka. Napriek tomu, že ide o jednu z najbližších známych neutrónových hviezd, je taká slabá, že jej pozorovanie pomocou multimodálneho optického prístroja FORS2 a ďalekohľadu VLT bolo na hranici ich technických možností. Neutrónové hviezdy sú veľmi husté pozostatky jadier hviezd aspoň desaťkrát hmotnejších než Slnko, ktoré v záverečnej fáze svojho vývoja explodovali ako supernovy. Majú mimoriadne silné magnetické pole – miliardykrát silnejšie, než má napríklad Slnko –, ktoré preniká ich povrchovými vrstvami do okolitého priestoru. Magnetické polia neutrónových hviezd sú také silné, že môžu ovplyvňovať vlastnosti prázdneho priestoru v okolí.

Zmeny polarizácie svetla

Vákuum väčšinou považujeme za úplne prázdne a svetlo ním môže prechádzať bez akejkoľvek zmeny. Z pohľadu kvantovej elektrodynamiky je však prázdny priestor zaplnený neustále vznikajúcimi a zanikajúcimi virtuálnymi nabitými časticami. Kvantová teória popisuje taktiež interakcie medzi týmito nabitými časticami a fotónmi.

Neutrónové hviezdy predstavujú pre vedcov nenahraditeľné prírodné laboratóriá, v ktorých je možné testovať základné zákony prírody.

Veľmi silné magnetické polia môžu ovplyvňovať vlastnosti priestoru takým spôsobom, že aj vo vákuu môže dochádzať k zmenám polarizácie svetla, ktoré ním prechádza. Roberto Mignani vysvetľuje: Podľa kvantovej elektrodynamiky sa vákuum v silnom magnetickom poli pri prechode svetla správa podobne ako hranol a dochádza tu k javu, ktorý je známy ako dvojlom vákua. Dvojlom vákua je jedným z mnohých javov predpovedaných v rámci kvantovej elektrodynamiky, ale ako jeden z mála nebol dosiaľ pozorovaný. Pokusy o jeho detekciu v laboratórnych podmienkach sú neúspešné už 80 rokov, od čias, kedy existenciu tohto javu predpovedali Werner Heisenberg a Hans Heinrich Euler. Pozorovať sa dá len v prítomnosti mimoriadne silných magnetických polí, aké sa vyskytujú napríklad v okolí neutrónových hviezd. Neutrónové hviezdy tak predstavujú pre vedcov nenahraditeľné prírodné laboratóriá, v ktorých je možné testovať základné zákony prírody, hovorí Roberto Turolla (Univerzita v Padove, Taliansko).

Pozorovania potvrdzujú teoretickú predpoveď

Po podrobnej analýze údajov získaných pomocou ďalekohľadu VLT sa tímu podarilo odhaliť známky lineárnej polarizácie (na úrovni okolo 16 %) – čo by mohlo byť dôsledkom zosilňujúceho efektu vákuového dvojlomu, ktorý nastáva v prázdnom priestore obklopujúcom neutrónovú hviezdu RX J1856.5-3754. Stupeň lineárnej polarizácie, ktorý sme namerali pomocou VLT, nie je možné vysvetliť pomocou dostupných modelov, pokiaľ neberieme do úvahy aj vákuový dvojlom predpovedaný kvantovou elektrodynamikou, poznamenáva ďalej Roberto Mignani. Náš výskum predstavuje prvé pozorovanie podporujúce predpoveď existencie tohto typu kvantového efektu vznikajúceho v extrémne silných magnetických poliach, dodáva Silvia Zaneová (University College London-Mullard Space Science Laboratory, Veľká Británia).

RNDr. Zdeněk Komárek

 

Komentáre