Из множества альтернативных вариантов конца Вселенной ничто не может быть таким страшным, как “распад ложного вакуума”. Этот сценарий основан на идее, что фундаментальное поле во Вселенной не находится в своем минимально возможном состоянии. В этой “ложной” стабильной областьи выросла наша собственная Вселенная. Поле может самопроизвольно перейти к более стабильному значению, создав пузырь, который сотрет всю реальность.
Мы недостаточно знаем о поле, о котором идет речь, – поле Хиггса, которое придает массу всему сущему, – чтобы понять, насколько вероятна такая возможность. Ложный вакуумный распад – это когда нестабильное состояние превращается в настоящее стабильное состояние, хотя в целом мы многого не понимаем в том, как происходит образование пузыря, особенно экспериментально. Теперь группа итальянских экспериментаторов и британских теоретиков представила первое экспериментальное доказательство распада вакуума.
“Считается, что вакуумный распад играет центральную роль в создании пространства, времени и материи во время Большого взрыва, но до сих пор не было никакой экспериментальной проверки”, – объясняет Ян Мосс, профессор теоретической космологии в Университете Ньюкасла. “В физике частиц вакуумный распад бозона Хиггса изменил бы законы физики, вызвав то, что было названо “окончательной экологической катастрофой””.
Впервые ученые наблюдали образование пузырей в контролируемой атмосистеме. Аналогичная установка, которую они использовали для сценария ложного вакуума, представляла собой переохлажденный пар при температуре менее миллионной доли градуса от абсолютного нуля. Это метастабильное состояние, то есть не самая стабильная конфигурация, но она может оставаться такой неопределенно долгое время. Вы можете представить себе это как маленькую долину на склоне холма. Состояние с более низкой энергией находится внизу, но эта маленькая ложбина может работать некоторое время.
В квантовой механике вещам даже не нужно иметь дополнительную энергию, чтобы выбраться из маленькой долины. Они могут просто туннелировать и распадаться до состояния с самой низкой энергией. В аналогичной установке тепловые эффекты работают аналогично, приводя к образованию пузыря. Пузырь расширяется, приводя систему в состояние с наименьшей энергией, напоминающее настоящий вакуум.
“Использование возможностей экспериментов с ультрахолодными атомами для моделирования аналогов квантовой физики в других системах – в данном случае, в ранней Вселенной – является очень интересной областью исследований в настоящее время”, – добавил соавтор работы доктор Том Биллам, также работающий в Ньюкасле.
“Цель команды – поднимать температуру системы все ближе и ближе к абсолютному нулю. В таких условиях тепловые эффекты станут менее значимыми, но появятся квантовые эффекты, что позволит получить более точный аналог ложного распада вакуума”.
Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
Читайте также: Темная энергия – одна из самых больших загадок в науке, и теперь мы стали на шаг ближе к ее пониманию