Расширение Вселенной может стабилизировать ложный вакуум квантовых полей
Расширение Вселенной может удерживать квантовые поля в нестабильных состояниях, предотвращая их переход к более глубокому энергетическому минимуму. Это выяснили ученые из Портсмутского университета, исследуя устойчивость ложного вакуума. Результаты исследования опубликованы на Phys.org. Об этом сообщает портал Science XXI.
В космологии вакуумом называют не пустое пространство, а состояние поля с минимальной энергией. Истинный вакуум считается наиболее устойчивым, в то время как ложный представляет собой локальную энергетическую впадину, где система может оставаться. Дэвид Уэндс из Портсмутского университета сравнил эту ситуацию с рельефом, где соседствуют углубления различной глубины.
Робсон Кристи и его команда проверили данную гипотезу с помощью упрощенной космологической модели, сосредоточив внимание на поле Хиггса, от которого зависит масса частиц Стандартной модели. Некоторые расчеты предполагают, что в настоящее время оно может находиться в ложном вакууме, хотя при больших значениях поля существует другой, более глубокий минимум.
Переход к этому минимуму изменил бы состояние Вселенной, структуру материи и взаимодействия между частицами, отмечает Кристи. Обычно такой процесс связывают с квантовым туннелированием — преодолением энергетического барьера без достаточной классической энергии. Однако исследование показало, что важным фактором является соотношение массы поля и темпа расширения Вселенной: легкое поле при слишком быстром расширении не успевает достичь самого глубокого минимума.
После закрепления в локальной впадине возникает состояние, которое ученые назвали космической блокировкой. Взаимодействие с окружающими полями разрушает квантовую суперпозицию и придаёт системе свойства классического объекта. Соавтор исследования Грег Капланек отметил, что для этого не требуется присутствие наблюдателя: окружающая среда сама получает информацию о состоянии поля, нарушает когерентность между двумя вакуумами и подавляет дальнейшее туннелирование.
Авторы подчеркивают, что их расчёты основаны на упрощенной модели и не подтверждают безопасность текущего вакуума. Тем не менее, результаты указывают на возможность стабилизации ложного вакуума за счёт взаимодействия с окружением, что может предотвратить резкий переход в другое состояние. Для проверки применительно к полю Хиггса потребуются более реалистичные вычисления.
