Vakuumdoppelbrechung ist ein sehr ungewöhnliches Quantenphänomen, das nur auf atomarer Ebene beobachtet wurde. Theoretisch kann es beispielsweise in der Nähe von Neutronensternen auftreten. Aufgrund des Vorhandenseins sehr starker Magnetfelder können Regionen mit erscheinender und verschwindender Materie in der Nähe solcher Sterne chaotisch erscheinen.
In den 1930er Jahren entwickelten die deutschen Physiker Werner Heisenberg und Hans Heinrich Oyler die Theorie, dass sich ein magnetisiertes Vakuum in Bezug auf das durch es hindurchtretende Licht wie ein Prisma verhalten könnte.
In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler des italienischen Nationalen Instituts für Astrophysik und der Universität Zelenogur (Polen) diese ungewöhnliche Vakuumeigenschaft beobachtet. Mit dem Very Large Telescope (VLT) des European Southern Observatory beobachteten Wissenschaftler unter der Leitung von Roberto Mignani den 400 Lichtjahre entfernten Stern RX J1856.5-3754.
Neutronensterne sind normalerweise sehr kompakt, aber dutzende Male massereicher als unsere Sonne. Aus diesem Grund haben sie sehr starke Magnetfelder. Ein Vakuum in seinem normalen Zustand (zumindest nach Einstein und Newton) manifestiert sich in keiner Weise, und Licht kann sich unverändert durch es ausbreiten. Laut der Quantenelektrodynamik (QED) ist der Raum jedoch mit endlos erscheinenden und verschwindenden virtuellen Teilchen gefüllt. Sehr starke Magnetfelder, wie sie üblicherweise in der Nähe von Neutronensternen zu finden sind, können die Eigenschaften des Raums verändern.
Mit neuen Geräten aus Chiles Very Large Telescope konnten die Forscher einen Neutronenstern im sichtbaren Spektrum beobachten und so die Grenzen der vorhandenen Beobachtungstechnologie erweitern.
Eine Studie des Sterns RX J1856.5-375 zeigte einen signifikanten Grad an linearer Polarisation (16 Prozent), den Wissenschaftler als Folge des Effekts der Vakuumdoppelbrechung interpretierten.
„Der hohe Polarisationsgrad, den wir mit dem VLT beobachtet haben, ist mit unseren aktuellen Modellen nur sehr schwer zu erklären, es sei denn, wir sprechen über den Effekt der Vakuumdoppelbrechung, der vor 80 Jahren von der Quantenelektrodynamik vorhergesagt wurde“, sagt Mignani.
Dank zukünftiger und leistungsfähigerer Teleskope, so Mignani, können Wissenschaftler durch Beobachtung anderer Neutronensterne mehr über diesen ungewöhnlichen Quanteneffekt erfahren.
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"Messungen von Polarisationspegeln mit Teleskopen der neuen Generation, beispielsweise demselben ESO European Extreme Large Telescope (EELT), können eine Schlüsselrolle beim Testen der Vorhersagen der Quantenelektrodynamik bei der Frage der Vakuumdoppelbrechungseffekte in der Nähe der meisten Neutronensterne spielen", stellt der Wissenschaftler fest.
„Dies ist das erste Mal, dass diese Forschung im sichtbaren Spektrum durchgeführt wurde. Weitere Beobachtungen können auch im Röntgenwellenlängenbereich durchgeführt werden “, fügt die Forscherin Kinwa Wu hinzu.
NIKOLAY KHIZHNYAK
