Evidência de uma distorção quântica no espaço vazio

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Pela primeira vez, astrônomos observaram um estranho fenômeno quântico em ação, no qual uma estrela de nêutrons é cercada por um campo magnético tão intenso que dá origem a uma região no espaço vazio onde a matéria espontaneamente surge e desaparece.

Chamado de “birrefringência a vácuo”, este fenômeno bizarro foi previsto nos anos 1930, mas só tinha sido observado na escala atômica. Agora, os cientistas finalmente o viram acontecer na natureza, e isso vai contra tudo o que Newton e Einstein teorizaram.

RX J1856.5-3754

Uma equipe internacional de astrônomos liderada por Roberto Mignani do Instituto Nacional de Astrofísica em Milão, na Itália, fez a descoberta enquanto observava uma estrela de nêutrons chamada RX J1856.5-3754, a 400 anos-luz da Terra.

Estrelas de nêutrons são os núcleos de estrelas maciças que ficaram sem combustível para queimar e explodiram em uma supernova. Elas são feitas de materiais superdensos e possuem os campos magnéticos mais fortes em todo o universo conhecido, quase 100 trilhões de vezes mais fortes do que os da Terra.

Os pesquisadores creem que estes campos magnéticos são tão absurdamente potentes que podem afetar as propriedades do espaço vazio em torno de uma estrela de nêutrons.

Física clássica x física quântica

Na física clássica de Newton e Einstein, o vácuo do espaço é inteiramente vazio, mas a teoria da mecânica quântica assume algo muito diferente.

De acordo com a eletrodinâmica quântica (QED, na sigla em inglês), uma teoria quântica que descreve como a luz e a matéria interagem, o espaço é cheio de “partículas virtuais” que surgem e desaparecem e que interferem com a atividade de partículas de luz (fótons) em torno do universo.

Estas partículas virtuais têm propriedades semelhantes às partículas tradicionais; a grande diferença é que elas podem aparecer e desaparecer em qualquer ponto do espaço e do tempo.

No espaço vazio, os fótons não são afetados por essas partículas virtuais e viajam sem interferência. Mas perto do campo magnético incrivelmente intenso de uma estrela de nêutrons, essas partículas virtuais são “excitadas”, e têm um efeito dramático em qualquer fóton passando.

A Surpresa

De acordo com a QED, um vácuo altamente magnetizado se comporta como um prisma para a propagação da luz, um efeito conhecido como birrefringência a vácuo.

“Esse efeito só pode ser detectado na presença de campos magnéticos extremamente fortes, como aqueles em torno de estrelas de nêutrons”, explica Roberto Turolla, membro da equipe do estudo, da Universidade de Pádua, na Itália.

Assim, os pesquisadores apontaram o telescópio mais avançado do mundo, o Telescópio Muito Grande (VLT, na sigla em inglês) do Observatório Europeu do Sul, para a estrela RX J1856.5-3754 e observaram a polarização linear – o alinhamento de ondas de luz influenciado por forças eletromagnéticas – no espaço vazio ao seu redor.

Isso é estranho, porque a relatividade convencional diz que a luz deve passar livremente através do vácuo, sem ser alterada. A polarização linear de 16 graus só pode ser explicada pela QED e pela influência de partículas virtuais.

Você pode ver uma ilustração do fenômeno no começo deste artigo, na qual a luz que vem da superfície de uma estrela de nêutrons (à esquerda) se torna linearmente polarizada enquanto viaja através do vácuo do espaço até o observador na Terra (à direita).

Implicações

O próximo passo é replicar as observações em outro cenário para saber com certeza que a birrefringência a vácuo é o que estamos observando em torno dessa estrela.

Se for esse o caso, temos um novo fenômeno a ser investigado no campo de mecânica quântica.

“Quando Einstein elaborou a teoria da relatividade geral há 100 anos, ele não tinha ideia de que ela seria usada para sistemas de navegação, e as consequências dessa descoberta também terão que ser realizadas em uma escala de tempo mais longa”, disse Magnani ao portal New Scientist.

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