Wenn ein Lichtstrahl den leeren Raum des Vakuums durchdringt, verändert sich dessen Polarisation, wenn gleichzeitig ein starkes Magnetfeld angelegt wird. Diesen Effekt, der von der modernen Quantenmechanik bereits theoretisch vorhergesagt war, haben italienische Wissenschaftler nun experimentell nachgewiesen. Eine solcher Veränderung könnte sich möglicherweise in großem Maßstab in der Umgebung von Pulsaren beobachten lassen.
Das seltsame Phänomen ? die Beeinflussung der Polarisation eines Lichtstrahls durch nichts weiteres als ein Magnetfeld und das Vakuum ? hat seine Ursache in der Heisenberg?schen Unschärferelation. Deren Konsequenz ist es, dass das Vakuum eben doch nicht völlig leer ist. Für unvorstellbar kleine Zeitspannen können Paare aus Teilchen und Antiteilchen aus dem Nichts entstehen, um sich daraufhin gleich wieder auszulöschen.
Emilio Zavattini und seine Kollegen vom Nationalen Laboratorium für Nuklearphysik in Triest haben die von Theoretikern vorhergesagte Lichtrotation nun im tatsächlich im Labor beobachtet. In ihrem Experiment beobachteten sie die Polarisation eines Laserstrahls, der sich über eine Länge von etwa einem Meter durch ein Vakuum ausbreitete.
Als die Forscher ein Magnetfeld einer Stärke von fünf Tesla anlegten, rotierte die Polarisationsebene des Laserstrahls tatsächlich, allerdings nur über einen Winkel von einem halben Milliardstel Grad. Um dies zu bestätigen, mussten die Forscher mehr als 44.000 einzelne Messungen durchführen. Dabei fanden sie auch heraus, dass der Laserstrahl nach seinem Durchgang durch das Vakuum nicht mehr vollständig linear polarisiert war, sondern vielmehr nun in der verdrehten Ebene rotierte.
Diese merkwürdig anmutenden Befunde lassen sich dadurch erklären, dass die Photonen des Laserstrahls mit virtuellen Photonen des Vakuums wechselwirken. Der Theorie dieses Effekts zufolge sollte dabei ein wirkliches, bisher noch unentdecktes Elementarteilchen entstehen, das einen Teil des Drehimpulses der Photonen abführen kann und somit die Polarisationsrichtung leicht verdreht.
Der Forscher Giovanni Bignami von der Universität von Pavia glaubt, dass dieser Effekt in der Nähe von Neutronensternen große Auswirkungen haben könnte. Da diese von gewaltigen Magnetfeldern umgeben sind, könnten an ihnen vorbeistreifende Lichtstrahlen tatsächlich aus ihren Richtungen abgelenkt werden, so dass Teleskope auf der Erde unter Umständen mehrere Abbildungen ein und desselben Objekts auffangen.
Physical Review Letters (Band 96, Artikel 110406) Stefan Maier
