VLT观察显示奇怪量子效果的首个迹象

时间：2021-12-13 14:25:10 来源：

该艺术家的视图显示了来自强磁性恒星（左）的表面的光线如何在其前往地球上的观察者（右）的观察者上穿过靠近星星的空间的真空时，光线变得线性偏振。在极强磁场中观察到的光的偏振表明中子星周围的空空间受到称为真空双折射的量子效果，预测量子电动力学（QED）。在20世纪30年代预测了这种效果，但之前尚未观察到。

使用ESO非常大的望远镜，天文学家可能已经发现了奇怪量子效应的第一个观测结果，首先在20世纪30年代预测。观察光的偏振表明中子星周围的空间受到称为真空双折射的量子效果。

由Roberto Mignani从Inaf Milan（意大利）和Zielona Gora大学（波兰）领导的团队，在智利的Paranal天文台上使用了ESO非常大的望远镜（VLT），观察中子星RX J1856.5-3754，关于来自地球的400岁灯。

尽管存在最近的中子恒星之一，但其极端的昏暗的意思是天文学家只能在当前望远镜技术的限制下使用VLT上的FORS2仪器观察恒星的明星。

中子恒星是大规模的茂密残余核心 - 至少比我们的太阳大的量大 - 已经在其生命的末端被爆炸为超级玉米。它们还有极端的磁场，比太阳的数十亿倍，渗透它们的外表面和周围环境。

该艺术家的视图显示了来自强磁性恒星（左）的表面的光线如何在其前往地球上的观察者（右）的观察者上穿过靠近星星的空间的真空时，光线变得线性偏振。在极强磁场中观察到的光的偏振表明中子星周围的空空间受到称为真空双折射的量子效果，预测量子电动力学（QED）。在20世纪30年代预测了这种效果，但之前尚未观察到。

光线的磁场和电场方向由红色和蓝线表示。由Roberto Taverna（帕多瓦大学）和丹尼斯·冈萨雷斯·米图伊（UCL / MSSL，UK）的模型模拟，显示了这些沿着优选方向对齐，因为光通过中子星周围的区域。当它们变得对齐时，光变得极化，并且可以通过地球上的敏感仪器检测该偏振。

这些领域非常强大，他们甚至影响星星周围空旷的空间的性质。通常，真空被认为是完全空的，并且光可以通过它穿过它而不会被改变。但是在量子电动动力学（QED）中，描述光子和带电粒子等电子之间的相互作用的量子理论，空间中装满了虚拟粒子，这一直出现并消失。非常强的磁场可以修改该空间，使其影响通过它的光的极化。

Mignani解释道：“根据QED，高度磁化的真空表现为光传播的棱镜，称为真空双折射的效果。”

然而，在QED的许多预测中，到目前为止，真空双折射缺乏直接的实验示范。尝试在实验室中检测到它在80年代尚未成功，因为Werner Heisenberg（不确定性原则名人堂）和Hans Heinrich Euler预测。

“只有在存在极性强的磁场的情况下，例如诸如中子恒星周围的那些，可以仅检测这种效果。这一旦更多地显示，中子恒星是宝贵的实验室，用于研究自然的基本规律。“ Roberto Gurolla（意大利帕多瓦大学）说。

经过仔细分析VLT数据，Mignani和他的团队检测到线性极化 - 以大约16％的显着程度 - 他们说可能是由于在围绕RX J1856.5的空空间区域发生的真空双折射的升高效果。 -3754。

Vincenzo Testa（Inaf，罗马，意大利）评论：“这是测量偏振的最微弱的对象。它需要世界上最大，最有效的望远镜之一，VLT和准确的数据分析技术，以增强来自这种微弱的明星的信号。“

“我们用VLT测量的高线性极化不能容易地由我们的模型解释，除非包括QED预测的真空双折射效果，”增加了Mignani。

“这项VLT研究是对极其强大的磁场中出现的这些类型的QED效应的预测的第一种观察支持，”Silvia Zane（UCL / MSSL，UK）。

Mignani对这项研究领域的进一步改进感到兴奋，这可能会带来更先进的望远镜：“偏振测量与下一代望远镜（例如ESO的欧洲极大的望远镜）可能在测试QED预测的真空双折射效应周围的QED预测中，这是一个至关重要的作用。”

“这项测量是现在在可见光下首次制造的，也铺平了在X射线波长下进行的类似测量的方式，”加入Kinwah Wu（UCL / MSSL，UK）。