Новое исследование проливает свет на явление, известное как «ложный вакуумный распад»
Исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной.
Эксперимент, проведенный в Италии при теоретической поддержке Университета Ньюкасла, дал первые экспериментальные доказательства распада вакуума.
В квантовой теории поля, когда не очень стабильное состояние превращается в истинное стабильное состояние, это называется «ложным распадом вакуума». Он происходит за счет создания небольших локализованных пузырьков.
Хотя существующие теоретические работы могут предсказать, как часто происходит образование пузырей, экспериментальных доказательств не так уж и много.
Теперь международная исследовательская группа с участием ученых впервые наблюдала, как эти пузыри формируются в тщательно контролируемых атомных системах.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе.
Результаты подтверждаются как теоретическим моделированием, так и численными моделями, подтверждающими квантово-полевую природу распада и его термическую активацию, открывая путь к моделированию неравновесных явлений квантового поля в атомных системах.
В эксперименте, проведенном в Тренто (Италия) исследователями Университета Тренто, Итальянского национального института оптики CNR-INO и TIFPA, используется переохлажденный газ при температуре выше менее одного микрокельвина (одна миллионная доля градуса) от абсолютного нуля.
При этой температуре пузыри появляются по мере распада вакуума, и профессор Университета Ньюкасла Ян Мосс и доктор Том Биллам смогли убедительно показать, что эти пузыри являются результатом термически активированного распада вакуума.
«Считается, что распад вакуума играет центральную роль в создании пространства, времени и материи во время Большого взрыва, но до сих пор не было обнаружено никаких экспериментальных доказательст. В физике элементарных частиц распад бозона Хиггса в вакууме изменил бы законы физики, вызвав то, что было описано как «окончательная экологическая катастрофа» — говорит Ян Мосс, профессор теоретической космологии в Школе математики, статистики и физики Университета Ньюкасла.
«Использование возможностей экспериментов с ультрахолодными атомами для моделирования аналогов квантовой физики в других системах – в данном случае в самой ранней Вселенной – на данный момент является очень интересной областью исследований».
Исследование открывает новые возможности в понимании ранней Вселенной, а также ферромагнитных квантовых фазовых переходов.
Этот новаторский эксперимент — лишь первый шаг в изучении распада вакуума. Конечная цель — найти распад вакуума при температуре абсолютного нуля, где этот процесс обусловлен исключительно квантовыми флуктуациями вакуума.