Czy zaobserwowana gwiazda neutronowa potwierdza 80-letnie kwantowe przewidywania?

Naukowcy przez dekady szukali potwierdzenia dziwnego efektu kwantowego pierwszy raz przewidzianego już w 1936 roku. Czy w końcu znaleźli dowód potwierdzający go?

Zespół astronomów twierdzi, że gwiazda neutronowa zlokalizowana 300 lat świetlnych od nas może być dowodem na istnienie wirtualnych cząstek elementarnych, które pojawiają się i od razu przestają istnieć. Takie wnioski wysunęli po obserwacjach tej gwiazdy. Odkrycie to zweryfikowało prognozy sprzed 80 lat dotyczące fundamentalnej teorii kwantowej, która opisuje dziwny świat bardzo małych cząstek. Jednak nie wszyscy są przekonani, że naukowcy mają niezbite dowody na potwierdzenie.

Gdy Paul Dirac napisał równanie elektrodynamiki kwantowej (quantum electrodynamics - QED), sformułował fundamentalną teorię fizyki, która leży u podstaw naszej wiedzy na temat cząstek elementarnych. W 1928 roku prognozowano, że każda cząstka ma partnera antymaterii (cząstkę o tej samej masie ale przeciwnym ładunku).

Fizyk Carl Anderson odkrył antycząstkę elektronu, zwaną pozytonem, za co potem otrzymał Nagrodę Nobla. Jednym z założeń QED jest, że próżnia przestrzeni może roić się od cząstek tymczasowych. Ze względu na niepewność zmienności świata kwantowego, cząstki elementarne powinny pojawiać się wraz ze swoimi anty-partnerami i natychmiast wzajemnie anihilować. W 1936 roku fizycy doszli do wniosku, że te tak zwane wirtualne cząstki, które istnieją zaledwie niewielki ułamek sekundy, mogą mieć wymierny wpływ na światło, obracając jego polaryzację w taki sam sposób, jak ciekłe kryształy w wyświetlaczach LCD. Ten efekt kwantowy znany jest jako dwójłomność próżni. Chociaż istnienie dwójłomności próżni okazało się trudne do bezpośredniego udowodnienia, fizycy ogólnie przyjęli, że jest to realne.

Gwiazdy neutronowe jak kosmiczne laboratorium
Do pomiaru dwójłomności próżni wymagane jest niezwykle silne pole magnetyczne, czego obecnie nie da się uzyskać w laboratorium. Ale mamy kosmiczne laboratorium, jakim są gwiazdy neutronowe. Są to bardzo gęste pozostałości po jądrach masywnych gwiazd o potężnych polach magnetycznych, wzmacniające efekt dwójłomności próżni do mierzalnego poziomu. Roberto Mignani z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Mediolanie oraz z Uniwersytetu Zielonogórskiego, wraz z kolegami wykorzystał Bardzo Duży Teleskop (VLT) w Chile do obserwacji jasnej, pobliskiej gwiazdy neutronowej RX J1856.5-3754.

Nie wiemy, jak gwiazda jest zorientowana w stosunku do Ziemi - czy rotuje krawędzią do naszej linii pola widzenia czy też kieruje tylko jeden ze swoich biegunów w naszą stronę. Potwierdzenia na dwójłomność próżni mogą mieć związek ze sposobem jej obserwacji. Powierzchnia gwiazdy neutronowej jest tak gorąca, że chociaż emituje światło widzialne, najsilniej świeci w promieniach rentgenowskich. Zatem gdy dwójłomność nie ma wpływu na światło widzialne, będzie znacznie bardziej wpływać na promieniowanie rentgenowskie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Sky and Teleskope

Urania - Postępy Astronomii

Popularne posty z tego bloga

Słaby, odległy obiekt odkryty na krańcach Pasa Kuipera

Tajemnica, w jaki sposób czarne dziury łączą się i zderzają, zaczyna się wyjaśniać

Ostatni duży posiłek naszej czarnej dziury