Prvé známky podivných kvantovývh vlastností prázdneho priestoru?

Pozorovania neutrónovej hviezdy pomocou VLT (Very Large Telescope na Cerro Paranal, 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 už z roku 1930. 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 mimoriadne slabá, že jej pozorovanie pomocou prístroja FORS2 a ďalekohľadu VLT bolo doslova na hranici technických možností súčasných astronomických zariadení. 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 - miliardy krát silnejšie než má napríklad Slnko - ktoré preniká ich povrchovými vrstvami do okolitého priestoru. Magnetické polia neutrónových hviezd sú také silné, že môžu ovplyvňovať dokonca vlastnosti prázdneho priestoru v okolí. 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. Veľmi silné magnetické polia môžu ovplyvňovať vlastnosti priestoru takým spôsobom, že aj vo vákuu môže dochádzať ku zmenám polarizácie svetla, ktoré ním prechádza. Roberto Mignani vysvetľuje: „Podľa kvantovej elektrodynamiky sa vákuum v silnom magnetickom poli pri priechode 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. „Jav sa dá detegovať len v prítomnosti mimoriadne silných magnetických polí, aké sa vyskytujú napríklad v okolí neutrónových hviezd. To znova ukazuje, že neutrónové hviezdy predstavujú pre vedcov nenahraditeľné prírodné laboratóriá, v ktorých je možné testovať základné zákony prírody," hovorí Roberto Turolla (Univerzita v Padove, Taliansko). 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. Vincenzo Testa (INAF, Rím, Taliansko) pozorovania ďalej komentuje: „Ide vôbec o najslabší astronomický objekt, u ktorého sa kedy polarizácia svetla merala. Pozorovanie si však vyžiadalo využitie jedného z najväčších a najefektívnejších ďalekohľadov na svete - VLT - a presnú techniku analýzy údajov, ktorá umožnila zvýšiť úroveň signálu prichádzajúceho z takého slabého zdroja." „Stupeň lineárnej polarizácie, ktorý sme namerali pomocou VLT, nie je možné jednoducho vysvetliť pomocou dostupných modelov, pokiaľ neberieme do úvahy aj vákuový dvojlom predpovedaný kvantovou elektrodynamikou," poznamenáva ďalej Roberto Mignani. „Náš výskum vykonaný pomocou ďalekohľadu VLT predstavuje prvé pozorovanie podporujúce predpoveď existencie tohto typu kvantového efektu vznikajúceho v extrémne silných magnetických poliach," poznamenáva Silvia Zane (University College London- Mullard Space Science Laboratory, Veľká Británia). Vedci s napätím očakávajú ďalšie zlepšenie možností výskumu v tejto oblasti, ktoré prinesie budúca generácia prístrojov a väčších ďalekohľadov. „Merania polarizácie pomocí skutočne veľkých ďalekohľadov, akým bude napríklad E-ELT (European Extremely Large Telescope na Cerro Armazones, Čile) s priemerom zrkadla 39 metrov, môžu zohrať zásadnú úlohu pri testovaní predpovedí kvantovej elektrodynamiky pomocou efektov spôsobených dvojlomom vákua u oveľa väčšieho počtu neutrónových hviezd." „Merania, ktorá sme urobili vo viditeľnom svetle taktiež pripravujú pôdu pre podobné experimenty na vlnových dĺžkach röntgenového žiarenia," dodáva Kinwah Wu (University College London - Mullard Space Science Laboratory, Veľká Británia).

Publikované v časopise QUARK, marec 2017, RNDr. Zdeněk Komárek