Ученые установили, как окружающая среда и расширение Вселенной влияют на устойчивость ложного вакуума. В исследовании рассматриваются поле Хиггса, квантовое туннелирование и эффект космической блокировки.
Упрощенная космологическая модель предполагает, что декогеренция — процесс взаимодействия квантового поля с окружающей средой — может подавлять квантовое туннелирование, эффективно фиксируя поле в достигнутом им состоянии. Это открытие ставит под сомнение стабильность нашего мира и предлагает новый взгляд на то, как фундаментальные физические объекты ведут себя в расширяющейся Вселенной, пишет Phys.org.
Вакуум в космологии не является абсолютной пустотой. Как объясняет Дэвид Уэндс из Портсмутского университета, это состояние, в котором поле находится на минимуме своей энергии. Однако существует истинный вакуум — самый глубокий энергетический минимум, и ложные вакуумы — локальные минимумы, где система может оказаться в ловушке. Представить это можно как ландшафт с долинами разной глубины: объект может осесть в неглубокой впадине, даже если рядом есть более глубокая пропасть.
В новом исследовании Робсон Кристи и его коллеги применили упрощенную модель для изучения факторов, определяющих судьбу таких полей. В качестве примера они приводят поле Хиггса, которое придает массу частицам Стандартной модели. Согласно некоторым расчетам, наше поле Хиггса сейчас может находиться именно в таком «ложном» вакууме, а при очень больших значениях поля теоретически существует второй, более глубокий минимум.
«В принципе, переход к этому более глубокому минимуму мог бы изменить Вселенную, привев её в совершенно другое состояние, в котором структура материи и управляющие ею силы изменились бы», — говорит Робсон Кристи, первый автор исследования.
Переход между такими состояниями обычно осуществляется через квантовое туннелирование — явление, позволяющее системе преодолевать энергетический барьер без достаточного количества классической энергии. Авторы исследования установили, что решающим является не столько взаимодействие с другими полями, сколько соотношение массы поля со скоростью расширения Вселенной. Если расширение происходит слишком быстро по сравнению с динамикой легкого поля, оно просто не успевает скатиться в самую глубокую долину и остается в локальном минимуме.
Самое интересное начинается после того, как выбор сделан. Оказавшись в одном из минимумов, поле переходит в фазу, которую исследователи назвали «космической блокировкой». Постоянное взаимодействие с окружающими полями разрушает квантовую суперпозицию состояний, делая систему более похожей на классическую. Этот эффект, воспринимаемый учеными как проявление квантового эффекта Зенона, значительно подавляет дальнейшее туннелирование.
«Сознательный наблюдатель не нужен, — поясняет соавтор Грег Капланек. — Окружающая среда непрерывно собирает информацию о состоянии системы. Этот процесс разрушает когерентность между двумя возможными вакуумами и существенно усложняет туннелирование».
Хотя работа ученых из Портсмутского университета представляет собой лишь упрощенную модель и не доказывает напрямую безопасность нашего вакуума, она указывает на обнадеживающий принцип. Взаимодействие с окружающей средой может сделать ложный вакуум более стабильным, предотвращая катастрофический переход. Для подтверждения этой гипотезы в отношении поля Хиггса потребуются более реалистичные расчеты, но уже сейчас очевидно, что космос сам по себе может выполнять роль замка, удерживающего нашу реальность от распада.
Фото: hi-tech.mail.ru