MIRA Volkssterrenwacht MIRA vzw

Hebben astronomen de eerste sporen ontdekt van kwantumeigenschappen van de lege ruimte?

Een team wetenschappers voerde onder leiding van de Italiaan Roberto Mignani met behulp van de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht in Chili een onderzoek uit naar een neutronenster die zich op een afstand van ongeveer 400 lichtjaar bevindt. Neutronensterren zijn compacte overblijfselen van de ontploffing als supernova van zeer zware sterren, die minstens tien keer zoveel massa hebben als onze Zon. Door hun compactheid zijn de magnetische velden rond neutronensterren onnoemelijk veel intenser dan die bij gewone sterren zoals de Zon. De intensiteit ervan is zo groot dat ze volgens de kwantumelektrodynamica (QED) een invloed moeten hebben op de lege ruimte rondom de ster.

De kwantumelektrodynamica - het resultaat van de studie van elektromagnetische velden met behulp van de speciale relativiteitstheorie en de kwantummechanica - levert ons een ander beeld van de lege ruimte die onderhevig is aan zeer sterke magnetische velden. Volgens de kwantumelektrodynamica zitten dergelijke lege ruimtes vol met virtuele deeltjes die voortdurend ontstaan en weer verdwijnen, en waar ook door voortdurende interacties continu deeltjes ontstaan zoals elektrisch geladen deeltjes (elektronen) en fotonen. Het zeer sterke magnetisch veld dat rond een neutronenster aanwezig is, zal volgens Mignani en zijn team een invloed hebben op de polarisatie van het licht dat erdoorheen komt. Dit veld zou dan werken als een soort prisma, een effect dat men de vacuum-dubbelbreking noemt.

Het bestaan van deze vacuum-dubbelbreking kon nog nooit worden aangetoond, hoewel ze reeds tachtig jaar geleden voorspeld was door het onzekerheidsbeginsel van Heisenberg. Dit beginsel stelt dat men van een elementair deeltje nooit tegelijk de plaats en de snelheid nauwkeurig kan bepalen.

Mignani en zijn team hebben onlangs een versterkte polarisatie gedetecteerd die volgens hen het gevolg moet zijn van de vacuum-dubbelbreking. Dit zou dan ook het eerste bewijs zijn van effecten van de kwantumelektrodynamica die door sterke magnetische velden worden veroorzaakt.

Tekst: Emiel Beyens, 30/11/2016

Bron: ESO Nieuws

Licht, afkomstig van het oppervlak van een sterk magnetische neutronenster (links), raakt lineair gepolariseerd terwijl het zich door het vacuüm van de ruimte in de naaste omgeving van de ster in de richting van een waarnemer op Aarde (rechts) begeeft. De polarisatie van het waargenomen licht in het extreem sterke magnetische veld wijst erop dat de lege ruimte rond de neutronenster onderhevig is aan een kwantumeffect dat bekendstaat als vacuüm-dubbelbreking – een voorspelling van de kwantumelektrodynamica.

De richtingen van de magnetische en elektrische velden die het licht onderweg tegenkomt, zijn aangegeven met rode en blauwe lijnen. Modelberekeningen, gedaan door Roberto Taverna (Universiteit van Padua, Italië) en Denis Gonzalez Caniulef (UCL/MSSL, VK), laten zien hoe deze een voorkeursrichting aannemen.

Credit: ESO/L. Calçada