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La Predicción Astrofísica de Heisenberg

esta Finalmente Confirmada Luego de 80 Años

La Predicción Astrofísica de Heisenberg
La luz proveniente de la superficie de una estrella de neutrones puede estar polarizada por un fuerte campo magnetico el cual atraviesa, gracias al fenomeno del vacio doblemente refractado. Los detectores aquí en la Tierra puede medir efectivamente la rotacion de la luz polarizada.

El descubrimiento de que nuestro Universo era de naturaleza cuántica trajo con el un montón de consecuencias intuitivas. Una mejor precisión en la medición de la posición de una partícula, de manera mas fundamental queda indeterminado su momento. La partícula mas inestable y de vida mas corta, tiene la masa fundamentalmente menos bien conocida. Los objetos materiales sólidos exhiben propiedades similares a las ondas. Y quizás lo mas críptico de todo, el espacio vacío – el espacio que tiene toda su materia y radiación removida – no esta vacío, por el contrario esta lleno con pares de partículas y antipartículas. Hace 80 años, el físico Werner Heisenberg (quien determino las relaciones fundamentales de la incertidumbre), junto con Hans Euler, predijeron que debido a esas partículas virtuales, los campos magnéticos deberían afectar como se propaga la luz a través del vacío. Gracias a la astronomía de las estrellas de neutrones, la predicción ha sido completamente confirmada.

prediccion
Una estrellas de neutrones, a pesar de estar hecha mayormente de partículas neutrales, produce los mas fuertes campos magnéticos en el Universo.

Podríamos tomar el nombre “estrella de neutrones” es totalmente literal, y asume que esta hecha de neutrones exclusivamente, pero esto no es totalmente exacto. La parte exterior cerca del 10% de una estrella de neutrones consiste mayormente de protones e incluso electrones, los cuales pueden coexistir establemente sin ser comprimidos en su superficie. Debido a que las estrellas de neutrones rotan extremadamente rápido – mas del 10% de la velocidad de la luz – estas partículas cargadas están siempre en movimiento, queriendo decir que producen corrientes eléctricas y campos magnéticos. Los campos magnéticos por si mismos deberían afectar los pares partículas/antipartículas presentan en el espacio vacío diferentemente, desde que ellos tienen cargas opuestas. Y si usted tiene luz pasando a través de esa región del espacio, esta debería estar polarizada dependiendo esta -la polarización- de la fortaleza del campo.

euler
Un pulso de láser busca medir este vacío por la doble refracción en condiciones de laboratorio, pero han sido poco exitosas.

Este efecto es conocido como un vacío doblemente refractado, y ocurre que las partículas cargadas se ponen estiradas en direcciones opuestas por las fuertes lineas del campo magnético. Debido al efecto de las escalas como el cuadrado de la fortaleza de los campos magnéticos, esto constituye una mirada a las estrellas de neutrones mediante este efecto. Mientras el campo magnético de la Tierra es cerca de 100 micro Teslas, los campos magnéticos mas fuertes que producimos en la Tierra son solo de 100 Teslas: son fuertes pero no lo suficiente. Pero en las condiciones extremas de las estrellas de neutrones, grandes regiones del espacio contienen campos magnéticos que exceden 10^8 Teslas haciendo de este un lugar para mirar.

polarizacion
VLT Telescopio Muy Grande: imagen de un área alrededor de una estrella de neutrones débil denominada RX J1856.5-3754. El circulo azul agregado por E. Siegel, muestra el área alrededor de la muy débil estrellas de neutrones

Pero no hay mucha luz saliendo desde la superficie de la estrella de neutrones, la luz que es emitida debe pasar a través del fuerte campo magnético en su camino hasta nuestros telescopios, detectores y ojos. Y debido a que el espacio vacío afecta su doble refracción, la luz que esta pasando a través de este debe estar polarizada, y esta debería exhibir una dirección de polarización común. Midiendo la luz de la muy débil estrella de neutrones RX J1856.5-3754 con el telescopio muy grande en Chile, un equipo liderado por Roberto Mignani fue capaz de medir el grado de polarización por primera vez. La información actual muestra un efecto mas grande: un grado de polarización de alrededor de 15%.

Heisenberg
La medición de la polarización en los alrededores de una estrella de neutrones RX J1856.5-3754. Evidencia de un vacío birrefringente por primera vez con polarimetría óptica medida desde la estrella de neutrones aislada.

Si usted hace los cálculos para un vacío birrefringente debe estar y ser descartado y así como los autores lo hacen, usted puede ver claramente lo que acontece en la cercanías de toda la polarización. Las predicciones y la información concuerdan prácticamente perfecto.

estrella de neutrones
Sin los efectos de la polarización del vacío, prácticamente ninguna señal seria visible. La información y la teoría concuerdan. Evidencia de un vacío birrefringente de la primera polarimetría óptica medida en una estrella de neutrones aislada RX J1856.5−3754,

La razón es que esta estrella de neutrones -se opone a las otras- es tan perfecta por sus mediciones en contraste con la mayoría de las estrellas de neutrones las cuales tienen sus superficies obscurecidas por un denso plasma que llena toda la magnetosfera. Si tratamos de mirar a la pulsar en la nebulosa del Cangrejo, por ejemplo, no tendríamos la oportunidad de hacer esta observación completa. La región alrededor es simplemente opaca a los tipos de luz que desearíamos medir.


link: https://www.youtube.com/watch?v=H9DN3ODUY-4

Heisenberg y Euler hicieron esta predicción completa en 1936, y ha estado sin ser comprobada hasta ahora. Gracias a este pulsar, nosotros tenemos la confirmación de que la luz polarizada en la misma dirección como el campo magnético tiene su propagación afectada por la física cuántica, en exacta concordancia con las predicciones de la electrodinámica cuántica. Una predicción teórica de hace 80 años pone otra pluma en el sombrero de Heisenberg, quien puede ahora postumamente agregar astrofísica a su curriculum. Pero RX J1856.5-3754 puede, en el futuro, confirmar el vacío birrefringente incluso de manera mas fuerte que mirando con los rayos X.

La Predicción Astrofísica de Heisenberg
El futuro telescopio de rayos X Athena de la Agencia Espacial Europea. (AEE)

No tenemos por ahora, un telescopio espacial capaz de medir la polarización de los rayos X hoy, pero el siguiente telescopio Athena de la Agencia Espacial Europea hará exactamente esto. Como algo opuesto al 15% de la polarización que exhibe la luz visible aproximadamente, entonces los rayos X debería estar en el 100% polarizados. Athena esta actualmente programado para su lanzamiento en el 2028, y combinado con los observatorios terrestres como el Telescopio Gigante Magallanes y otros debería entregar esta confirmación para muchas de estas estrellas de neutrones. Es otra victoria para el intuitivo pero fascinante Universo cuántico.

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