S-a detectat efectul cuantic al vidului asupra luminii

Observațiile rămășiței dense ale unei stele explodate au oferit primul semn al unui efect cuantic asupra luminii care trece prin spațiul gol.

Lumina rămășiței stelare, o stea neutronică situată la aproximativ 400 de ani lumină distanță, este polarizată, ceea ce înseamnă că undele sale electromagnetice sunt orientate de preferință într-o anumită direcție, precum lumina care se reflectă de pe suprafața apei (SN: 7/8/06, str. 24). Acea polarizare este o dovadă a „birefringenței în vid”, un efect cuantic prezis pentru prima dată acum 80 de ani, cauzat de interacțiunea luminii cu vidul spațiului într-un câmp magnetic puternic. Oamenii de știință raportează rezultatul într-o lucrare care va fi publicată în numărul din 11 februarie 2017 a revistei Anunțuri lunare ale Societății Regale de Astronomie.

„Este cea mai naturală explicație”, spune astrofizicianul Jeremy Heyl de la Universitatea British Columbia din Vancouver, care nu a fost implicat în noul rezultat. Dar el avertizează, alte surse de polarizare ar putea imita efectul și sunt necesare observații suplimentare.

Conform electrodinamicii cuantice, teoria care descrie modul în care lumina interacționează cu particulele încărcate, cum ar fi electronii, spațiul gol nu este cu adevărat gol. Este umplut cu o supă agitată de particule eterice, care sclipesc în mod constant în și din existență (SN: 26.11.16, str. 28). Pe măsură ce lumina trece prin gol, undele sale electromagnetice care se mișcă interacționează cu acele particule. Sub câmpuri magnetice puternice, undele de lumină care se mișcă de-a lungul direcției câmpului magnetic vor călători puțin mai lent decât lumina care oscilează perpendicular pe direcția câmpului magnetic, care rotește polarizarea generală a luminii care vine de la stea.

Un efect similar apare de obicei într-o situație mai familiară, în ceea ce sunt cunoscute sub numele de materiale birefringente. Cristalele lichide din monitoarele computerului rotesc în mod similar polarizarea luminii. Lumina polarizată orizontal, de exemplu, este trimisă către fiecare pixel, dar un filtru lasă doar lumina polarizată vertical să scape. Pentru a porni un pixel, cristalele lichide răsucesc undele de lumină la 90 de grade, astfel încât undele să treacă prin ele.

Dar dovezile pentru versiunea cuantică a efectului nu au fost ușor de găsit. Observarea lui necesită un câmp magnetic mai puternic decât cel care poate fi produs în laborator, spune astrofizicianul Roberto Mignani de la Institutul Național de Astrofizică din Milano, coautor al noului studiu. Câmpul magnetic din jurul stelei neutronice pe care Mignani și colegii l-au studiat este de aproximativ 10 trilioane de ori mai mare decât puterea Pământului. Dar steaua este incredibil de slabă, ceea ce face măsurătorile polarizării sale dificile. „O stea neutronică de acest fel este la fel de strălucitoare ca o lumânare la jumătatea distanței dintre Pământ și Lună”, spune Mignani.

Folosind Very Large Telescope din Chile, oamenii de știință au descoperit că lumina vizibilă a stelei cu neutroni a fost polarizată în proporție de 16%, un rezultat în concordanță cu teoriile oamenilor de știință privind birefringența în vid. Dar, spune Heyl, polarizarea ar putea apărea și ca urmare a unei cantități neașteptat de mare de plasmă care înconjoară steaua.

Pentru dovezi etanșe ale efectului, oamenii de știință ar putea studia razele X de la stelele neutronice, unde efectul de polarizare ar trebui să fie și mai puternic. Deși nu există în prezent niciun telescop care să poată efectua astfel de măsurători, există mai mulți sateliți cu raze X propuși care ar putea în curând să rezolve cazul birefringenței în vid.

Oamenii de știință ar putea dori să-și țină degetele încrucișate. Dacă măsurătorile viitoare ar răsturna dovezile birefringenței în vid, absența efectului ar fi dificil de reconciliat cu teoria electrodinamicii cuantice, spune Heyl. „Este în esență una dintre predicțiile de bază ale teoriei, așa că pentru a o remedia, ar trebui să rupeți teoria până la fundații și să o reconstruiți.”