Vacuüm dubbele breking is een zeer ongebruikelijk kwantumfenomeen dat alleen op atomair niveau is waargenomen. In theorie kan het bijvoorbeeld voorkomen in de buurt van neutronensterren. Door de aanwezigheid van zeer krachtige magnetische velden kunnen gebieden met verschijnende en verdwijnende materie op een chaotische manier in de buurt van dergelijke sterren verschijnen.
In de jaren dertig ontwikkelden de Duitse natuurkundigen Werner Heisenberg en Hans Heinrich Oyler de theorie dat een gemagnetiseerd vacuüm zich als een prisma zou kunnen gedragen in relatie tot licht dat erdoorheen gaat.
Meer recentelijk zijn wetenschappers van het Italiaanse Nationale Instituut voor Astrofysica en de Zelenogur Universiteit (Polen) getuige geweest van deze ongebruikelijke vacuümeigenschap. Met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory observeerden wetenschappers onder leiding van Roberto Mignani de ster RX J1856.5-3754, die zich op 400 lichtjaar afstand bevindt.
Neutronensterren zijn meestal erg compact, maar tientallen keren massiever dan onze zon. Hierdoor hebben ze zeer krachtige magnetische velden. Een vacuüm in zijn normale toestand (althans volgens Einstein en Newton) manifesteert zich op geen enkele manier, en licht kan zich erdoorheen voortplanten zonder enige verandering. Volgens de kwantumelektrodynamica (QED) is de ruimte echter gevuld met eindeloos verschijnende en verdwijnende virtuele deeltjes. Zeer krachtige magnetische velden, zoals die vaak worden aangetroffen in de buurt van neutronensterren, kunnen de eigenschappen van de ruimte wijzigen.
Met behulp van nieuwe apparatuur van de Very Large Telescope van Chili waren onderzoekers in staat om een neutronenster in het zichtbare spectrum te observeren, waardoor ze effectief de grenzen van de bestaande waarnemingstechnologie verlegden.
Een studie van de ster RX J1856.5-375 toonde een significant niveau van lineaire polarisatie (16 procent), die wetenschappers interpreteerden als een gevolg van het effect van vacuüm dubbele breking.
"Het hoge polarisatieniveau dat we met de VLT hebben waargenomen, is erg moeilijk te verklaren met onze huidige modellen, tenzij we het hebben over het effect van dubbele vacuümbreking dat 80 jaar geleden werd voorspeld door kwantumelektrodynamica", zegt Mignani.
Dankzij toekomstige en krachtigere telescopen, zei Mignani, zullen wetenschappers meer te weten kunnen komen over dit ongebruikelijke kwantumeffect door andere neutronensterren te observeren.
Promotie video:
"Metingen van polarisatieniveaus met behulp van nieuwe generatie telescopen, bijvoorbeeld dezelfde ESO European Extreme Large Telescope (EELT), kunnen een sleutelrol spelen bij het testen van de voorspellingen van de kwantumelektrodynamica in de kwestie van vacuüm dubbele brekingseffecten bij de meeste neutronensterren", merkt de wetenschapper op.
“Dit is de eerste keer dat dit onderzoek is gedaan in het zichtbare spectrum. Verdere waarnemingen kunnen ook worden uitgevoerd in het golflengtebereik van röntgenstralen,”voegt onderzoeker Kinwa Wu toe.
NIKOLAY KHIZHNYAK
