Vakuumbrytning är ett mycket ovanligt kvantfenomen som endast har observerats på atomnivå. I teorin kan det till exempel uppstå nära neutronstjärnor. På grund av närvaron av mycket kraftfulla magnetfält kan regioner med uppträdande och försvinnande material uppträda på ett kaotiskt sätt nära sådana stjärnor.
På 1930-talet utvecklade de tyska fysikerna Werner Heisenberg och Hans Heinrich Ouler teorin om att ett magnetiserat vakuum kunde bete sig som ett prisma med avseende på ljus som passerar genom det.
På senare tid har forskare från det italienska National Institute of Astrophysics och Zelenogur University (Polen) bevittnat denna ovanliga vakuumegenskap. Med hjälp av Very Large Telescope (VLT) från European Southern Observatory observerade forskare under ledning av Roberto Mignani stjärnan RX J1856.5-3754, som ligger 400 ljusår bort.
Neutronstjärnor är vanligtvis väldigt kompakta, men dussintals gånger massivare än vår sol. På grund av detta har de mycket kraftfulla magnetfält. Ett vakuum i sitt normala tillstånd (åtminstone enligt Einstein och Newton) visar sig inte på något sätt, och ljus kan spridas genom det utan några förändringar. Enligt kvantelektrodynamik (QED) fylls emellertid utrymmet med ändlösa virtuella partiklar som förekommer och försvinner. Mycket kraftfulla magnetfält, såsom de som ofta finns nära neutronstjärnor, kan ändra rymdets egenskaper.
Med hjälp av ny utrustning från Chiles Very Large Telescope kunde forskare observera en neutronstjärna i det synliga spektrumet och effektivt pressa gränserna för befintlig observatorteknik.
En studie av stjärnan RX J1856.5-375 visade en signifikant nivå av linjär polarisering (16 procent), som forskare tolkade som en konsekvens av effekten av vakuumbibliotek.
"Den höga polarisationsnivån som vi observerade med VLT är mycket svår att förklara med våra nuvarande modeller, såvida vi inte talar om effekten av vakuumbibliotek som förutses för 80 år sedan av kvantelektrodynamik," säger Mignani.
Tack vare framtida och kraftfullare teleskoper, sa Mignani, kommer forskare att kunna lära sig mer om denna ovanliga kvanteffekt genom att observera andra neutronstjärnor.
Kampanjvideo:
"Mätningar av polarisationsnivåer med ny generation av teleskop, till exempel samma ESO: s europeiska extrema stora teleskop (EELT), kan spela en nyckelroll i att testa förutsägelserna om kvantelektrodynamik i frågan om vakuumbrytningseffekter nära de flesta neutronstjärnor", säger forskaren.
”Det här är första gången denna forskning görs inom det synliga spektrumet. Ytterligare observationer kan också göras inom röntgenvåglängdsområdet, säger forskaren Kinwa Wu.
NIKOLAY KHIZHNYAK
