Eerste sporen van vreemde kwantumeigenschap

Bij waarnemingen van de uitzonderlijk compacte en sterk magnetische neutronenster RX J1856.5-3754 zijn aanwijzingen gevonden voor een vreemd kwantumeffect dat tachtig jaar geleden voor het eerst werd voorspeld. De polarisatie van het waargenomen licht wijst erop dat in de lege ruimte rond de neutronenster zogeheten vacuüm-dubbelbreking optreedt.

Neutronensterren zijn de zeer compacte overblijfselen van de kernen van zware sterren – met minstens tien keer zoveel massa als onze zon – die aan het einde van hun bestaan als supernova’s zijn ontploft. De magnetische velden van deze objecten zijn miljarden keren sterker dan die van onze zon.

De velden zijn zo extreem sterk dat ze van invloed zijn op de eigenschappen van de lege ruimte rond de ster. Normaal gesproken is zo’n vacuüm helemaal leeg, en kan licht erdoorheen gaan zonder veranderingen te ondergaan. Maar volgens de kwantumelektrodynamica – de theorie die de interacties tussen fotonen van licht en geladen deeltjes zoals elektronen beschrijft – wemelt de lege ruimte van de virtuele deeltjes die nu eens verschijnen en dan weer verdwijnen.

Berekeningen op basis van de kwantumelektrodynamica voorspellen dat zeer sterke magnetisch velden de lege ruimte zodanig veranderen dat de polarisatie van passerend licht wordt beïnvloedt. Dit effect, dat vacuüm-dubbelbreking of vacuümpolarisatie wordt genoemd, kon tot nu toe echter niet experimenteel worden aangetoond.

Waarnemingen met de Europese Very Large Telescope in het noorden van Chili hebben nu echter laten zien dat het licht van RX J1856.5-3754 een sterke (lineaire) polarisatie vertoont. Volgens de astronomen die de waarnemingen hebben gedaan laat deze polarisatie zich niet gemakkelijk verklaren zonder vacuüm-dubbelbreking. Er bestaan weliswaar nog andere processen die sterlicht kunnen polariseren, zoals de verstrooiing van licht aan stofdeeltjes, maar het lijkt onwaarschijnlijk dat het waargenomen polarisatiesignaal daardoor is veroorzaakt.