تایید احتمالی یک نظریه کوانتومی پس از ۸۰ سال

* به نظر می‌رسد مشاهدات تازه‌ای که به کمک تلسکوپ وی‌ال‌تی انجام شده، پیش بینی ۸۰ ساله‌ی فیزیکدانان درباره‌ی ویژگی‌های خلا را تایید می‌کنند.

اخترشناسان با بررسی نور یک ستاره‌ی نوترونیِ بیش از اندازه چگال و به شدت مغناطیسی به کمک تلسکوپ بسیار بزرگ (وی‌ال‌تی) در رصدخانه‌ی جنوبی اروپا (ESO) اعلام کرده‌اند احتمالا به نخستین نشانه‌های دیداری از یک اثر کوانتومی نیرومند که نخستین بار در دهه‌ی ۱۹۳۰ میلادی پیش‌بینی شده بود دست یافته‌اند. قطبش نورِ دریافتی نشان می‌دهد که فضای تهی پیرامون این ستاره‌ی نوترونی دستخوش یک اثر کوانتومی به نام قطبش خلا (دوشکستی خلا، vacuum birefringence) شده است.
در این تصویر، ستاره‌ی نوترونی را سمت چپ می‌بینیم. راستای میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی آن با خط‌های سرخ و آبی نشان داده شده. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که چگونه با گذشتن نور از درون منطقه‌ی پیرامون ستاره‌ی نوترونی، این میدان‌ها در راستای ترجیحی تراز می‌شوند. با تراز شدن آنها در راستاهای ویژه، نور قطبیده می‌شود و می‌توان با دستگاه‌های زمینی این قطبش‌ها را دید [ویدیوی زیر را ببینید]. تصویر بسیار بزرگ‌تر
یک گروه به رهبری روبرتو مینیانی از بنیاد ملی اخترفیزیک (INAF) در میلان ایتالیا و از دانشگاه ژلونا گورا در لهستان، با بهره از تلسکوپ وی‌ال‌تی در رصدخانه‌ی پارانال شیلی این ستاره‌ی نوترونی به نام RX J1856.5-3754 و در فاصله‌ی حدود ۴۰۰ سال نوری از زمین را رصد کردند [۱].

با آن که این جرم یکی از ستاره‌های نوترونی نزدیک است، ولی بی‌اندازه‌ کم نور است و اخترشناسان تنها توانستند آن را در طیف دیدنی (مریی) به کمک دستگاه FORS2 در وی‌ال‌تی که بالاترین فناوری در تلسکوپ‌های کنونی را دارد ببینند.

ستارگان نوترونی هسته‌های بسیار چگال ستارگان بزرگ -دستکم ۱۰ برابر پرجرم‌تر از خورشید- هستند که در پایان زندگی دچار انفجار ابرنواختری شده‌اند. ستارگان نوترونی همچنین میدان مغناطیسی بی‌اندازه نیرومندی هم دارند -میلیاردها برابر نیرومندتر از میدان مغناطیسی خورشید- که از سطحشان بیرون زده و بر محیط پیرامون تاثیر می‌گذارد.

این میدان‌ها به اندازه‌ای نیرومندند که حتی بر ویژگی‌های فضای تهی پیرامون ستاره هم اثر می‌گذارند. عموما خلا به طور کامل تهی پنداشته می‌شود، و نور می‌تواند در آن بدون هیچ تغییری حرکت کند. ولی بر پایه‌ی الکترودینامیک کوانتومی (QED) -نظریه‌ی کوانتومی که برهم‌کنش‌های میان فوتون‌ها و ذرات بارداری مانند الکترون‌ها را توصیف می‌کند- فضا پر از جفت ذرات مجازی‌ای است که در تمام مدت پدید می‌آیند و ناپدید می‌شوند. میدان‌های مغناطیسیِ بسیار نیرومند می‌توانند این فضا را به گونه‌ای تغییر دهند که بر قطبیدگی نوری که از درونش می‌گذرد اثر بگذارد.
امیدان گسترده پیرامون ستاره‌ی نوترونی
کم‌نورِ RX J1856.5-3754 در صورت
فلکی تاج جنوبی
- اندازه‌ی بزرگ‌تر

مینیانی می‌گوید: «بر پایه‌ی QED، یک خلاِ به شدت مغناطیده در برابر انتشار نور رفتاری مانند یک منشور پیدا می‌کند؛ اثری که به نام قطبش یا دوشکستی خلا شناخته می‌شود.»

ولی برخلاف بسیاری از پیش‌بینی‌های QED، قطبش خلا تاکنون هیچ تایید دیداری مستقیمی نداشته. از ۸۰ سال پیش که این پدیده در پژوهشنامه‌ای از ورنر هایزنبرگ (همان که اصل عدم قطعیتش پرآوازه است) و هانس هاینریش اولر پیش‌بینی شده بود تاکنون همه‌ی تلاش‌ها برای دیدن آن در آزمایشگاه ناکام مانده بود.

روبرتو تورولا از دانشگاه پادوای ایتالیا می‌گوید: «این پدیده تنها می‌تواند در حضور میدان‌های مغناطیسی بی‌اندازه نیرومند و شدید دیده شود، مانند میدان‌های پیرامون ستارگان نوترونی. این یک بار دیگر نشان می‌دهد که ستارگان نوترونی آزمایشگاه‌هایی بسیار ارزشمند برای بررسی قوانین بنیادی طبیعتند.»

مینیانی و گروهش پس از بررسی دقیق داده‌های وی‌ال‌تی یک قطبش خطی -با میزان چشمگیر حدود ۱۶%- را اندازه گرفتند که به گفته‌ی آنان، می‌تواند به دلیل اثر تقویت کننده‌ی قطبش خلا در منطقه‌ای تهی در فضای پیرامونِ RX J1856.5-3754 باشد [۲].

وینچنزو تستا از INAF در رم ایتالیا درین باره نوشته: «این کم‌نورترین جرمی است که تاکنون برایش قطبش اندازه گرفته شده. برای افزایش سیگنال‌های دریافتی از چنین جرم کم‌نوری نیاز به یکی از بزرگ‌ترین و کارآمدترین تلسکوپ‌های جهان (وی‌ال‌تی)، و شیوه‌های دقیق و درست بررسی داده‌ها داشتیم.»

مینیانی می‌گوید: «قطبش خطی بالایی که ما به کمک وی‌ال‌تی اندازه‌ گرفتیم را به آسانی نمی‌توان با مدل‌های کنونی توضیح داد مگر این که اثر قطبش خلا که QED پیش‌بینی کرده را هم در نظر بگیریم.»

سیلویا زین از کالج دانشگاهی لندن/MSSL در بریتانیا می‌گوید:‌ «این بررسی وی‌ال‌تی نخستین پشتیبانی دیداری برای این دست از اثرهای پیش‌بینی‌ شده در QED که در میدان‌های مغناطیسی بی‌اندازه نیرومند رخ می‌دهند را ارایه می‌کند.»
شبیه‌سازی از چگونگی قطبش نوری که رو به زمین می‌آید، توسط میدان مغناطیسی بی‌اندازه نیرومند یک ستاره‌ی نوترونی در خلا پیرامون آن. این اثر به نام قطبش خلا شناخته می‌شود.

مینیانی هیجان‌زده امیدوار است که به کمک تلسکوپ‌های به‌روزتر، پیشرفت‌های بیشتری در این زمینه انجام شود: «سنجش‌های قطبیدگی با نسل‌ بعدی تلسکوپ‌ها -مانند تلسکوپ بی‌اندازه بزرگ ESO- می‌تواند نقشی کلیدی در آزمودن پیش‌بینی‌های QED درباره‌ی قطبش خلا پیرامون ستارگان نوترونیِ بسیار بیشتری داشته باشد.»

کین‌واه وو از UCL/MSSL بریتانیا می‌گوید: «این سنجش قطبیدگی که اکنون برای نخستین بار در نور دیدنی انجام شده، راه را برای انجام چنین سنجش‌هایی در طول موج‌های پرتو X نیز هموار می‌کند.

--------------------------------------------
یادداشت‌ها:
۱] این جرم عضو یک گروه از ستارگان نوترونی به نام "هفت باشکوه" (Magnificent Seven) است. آنها به عنوان ستارگان نوترونی جداافتاده یا منزوی (INS) شناخته می‌شوند، که هیچ گونه همدم ستاره‌ای ندارند، برخلاف تپ‌اخترها امواج رادیویی نمی‌گسیلند، و با مواد ابرنواختری که آنها را پدید آورده در میان گرفته نشده‌اند.

۲] فرآیندهای دیگری هست که می‌توانند نور ستارگان را به هنگام حرکت در فضا بقطبند (قطبیده کنند). دانشمندانِ این پژوهش همه‌ی امکان‌های دیگر را بررسی کردند -برای نمونه، قطبشی که در اثر پراکندگی نور از روی ذرات غبار رخ می‌دهد- ولی بعید به نظر می‌رسید که این سیگنال قطبشی دستاورد فرآیندهای دیگری باشند.

--------------------------------------------
به تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

واژه نامه:
VLT - vacuum - neutron star - ESO - Very Large Telescope - quantum - polarisation - quantum effect - vacuum birefringence - Roberto Mignani - INAF - Milan - Italy - University of Zielona Gora - Poland - Paranal Observatory - Chile - RX J1856.5-3754 - Earth - visible light - FORS2 - core - star - Sun - supernova - magnetic fields - quantum electrodynamics - QED - photon - electron - magnetised vacuum - Werner Heisenberg - uncertainty principle - Hans Heinrich Euler - Roberto Turolla - University of Padua - linear polarisation - Vincenzo Testa - Rome - Silvia Zane - UCL - MSSL - UK - European Extremely Large Telescope - X-ray - wavelength - Kinwah Wu - Magnificent Seven - INS - radio wave - pulsar - scattering

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه