Главная / Космос / Астрономы стали свидетелями необычного квантового свойства вакуума
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.

Астрономы стали свидетелями необычного квантового свойства вакуума

Вакуумное двупреломление — это очень необычный квантовый феномен, наблюдавшийся только на атомном уровне. В теории он может происходить, например, возле нейтронных звезд. Благодаря наличию очень мощных магнитных полей, возле таких звезд могут хаотичным образом возникать области с появляющейся и исчезающей материей.

В 1930-х годах немецкие физики Вернер Гейзенберг и Ганс Генрих Ойлер вывели теорию, согласно которой намагниченный вакуум по отношению к проходящему сквозь него свету может вести себя как призма.

Совсем недавно ученые из итальянского Национального института астрофизики и Зеленогурского университета (Польша) стали свидетелями этого необычного свойства вакуума. Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской Южной обсерватории, ученые под руководством Роберто Мигнани провели наблюдение за звездой RX J1856.5-3754, находящейся в 400 световых годах от нас.

Нейтронные звезды, как правило, очень компактны, однако в десятки раз более массивны, по сравнению с нашим Солнцем. Благодаря этому они обладают очень мощными магнитными полями. Вакуум в обычном состоянии (по крайней мере согласно Эйнштейну и Ньютону) ничем себя не проявляет, и свет может распространяться через него без каких-либо изменений. Однако согласно квантовой электродинамике (QED), пространство заполнено бесконечно появляющимися и исчезающими виртуальными частицами. Очень мощные магнитные поля, например, те, которые обычно имеются возле нейтронных звезд, могут модифицировать свойства пространства.

Используя новое оборудование Очень Большого Телескопа в Чили, исследователи смогли провести наблюдение за нейтронной звездой в видимом спектре, фактически раздвинув границы существующих технологий наблюдений.

Исследование звезды RX J1856.5-375 показало наличие значительного уровня линейной поляризации (16 процентов), которую ученые интерпретировали как следствие эффекта вакуумного двупреломления.

«Высокий уровень поляризации, который мы отметили с помощью VLT, весьма сложно объяснить с помощью наших нынешних моделей, если только речь не идет об эффекте вакуумного двупреломления, предсказанного еще 80 лет назад квантовой электродинамикой», — говорит Мигнани.

По мнению Мигнани, благодаря будущим и более мощным телескопам ученые смогут больше узнать об этом необычном квантовом эффекте, наблюдая за другими нейтронными звездами.

«Проводимые измерения уровней поляризации с помощью телескопов нового поколения, например, того же Европейского Экстремально Большого Телескопа ESO (EELT), смогут сыграть ключевую роль в проверке предсказаний квантовой электродинамики в вопросе эффектов вакуумного двупреломления возле большинства нейтронных звезд», — отмечает ученый.

«Нынешние исследования впервые были проведены в видимом спектре. Дальнейшие наблюдения можно будет также вести и в рентгеновском диапазоне волн», — добавляет исследователь Кинва Ву.

Источник

Загрузка...
   
        Загрузка...    
   

Посмотрите так же

Ответы на величайшие задачи науки: насколько далеко мы зашли?

О природе самой Вселенной многое неизвестно. Именно любопытство, присущее людям, ведущее к поиску ответов на …