Вчені отримують перші докази розпаду вакууму

Експеримент, проведений в Італії, підкріплений теоретичною підтримкою Університету Ньюкасла, дав перші експериментальні докази розпаду вакууму.

У квантовій теорії поля, коли не дуже стабільний стан перетворюється на справжній стабільний стан, це називається «хибним розпадом вакууму». Це відбувається через утворення маленьких локалізованих бульбашок. Хоча наявна теоретична робота може передбачити, як часто відбувається утворення бульбашок, експериментальних підтверджень не так багато. 

Тепер міжнародна дослідницька група за участю вчених Університету Ньюкасла вперше спостерігала, як ці бульбашки утворюються в ретельно контрольованих атомних системах. Результати, опубліковані в журналі  Nature Physics, є експериментальним доказом утворення бульбашок через хибний розпад вакууму у квантовій системі.

Експериментальна методологія та результати

Висновки підтверджуються як теоретичним моделюванням, так і числовими моделями, підтверджуючи квантово-польове походження розпаду та його термічну активацію, відкриваючи шлях до емуляції нерівноважних квантових польових явищ в атомних системах.

В експерименті використовується переохолоджений газ із температурою, меншою ніж мікрокельвін (одна мільйонна частка градуса) від абсолютного нуля . При цій температурі видно, що бульбашки з’являються під час розпаду вакууму, і професор Університету Ньюкасла Ян Мосс і доктор Том Біллам змогли переконливо показати, що ці бульбашки є результатом термічно активованого розпаду вакууму.

Вплив на теоретичну фізику та майбутні дослідження

Ієн Мосс, професор теоретичної космології Школи математики, статистики та фізики Університету Ньюкасла, сказав: «Вважається, що вакуумний розпад відіграє центральну роль у створенні простору, часу та матерії під час Великого вибуху, але до цього часу існує не проходив експериментальних випробувань. У фізиці елементарних частинок розпад бозона Хіггса у вакуумі змінив би закони фізики, спричинивши те, що було описано як «остаточна екологічна катастрофа».

Доктор Том Біллам, старший викладач прикладної математики/квантової теорії, додав: «Використання потужності експериментів з ультрахолодними атомами для моделювання аналогів квантової фізики в інших системах – у цьому випадку, у самому ранньому Всесвіті – є дуже захоплюючою сферою досліджень у момент».

Дослідження відкриває нові шляхи в розумінні раннього Всесвіту, а також феромагнітних квантових фазових переходів.

Цей новаторський експеримент є лише першим кроком у дослідженні розпаду вакууму. Кінцевою метою є виявлення розпаду вакууму при температурі абсолютного нуля, де процес керується виключно квантовими флуктуаціями вакууму. Експеримент у Кембриджі, підтриманий Ньюкаслом у рамках національної співпраці QSimFP, має на меті зробити саме це.