Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном. Британские ученые впервые воспроизвели процесс распада ложного вакуума с помощью квантового симулятора. Некоторые учёные придерживаются мнения, что бозон Хиггса может находиться не в истинном состоянии вакуума, а в ложном.
Ученые показали на видео процесс разрушения Вселенной из-за распада вакуума
Если открытия подтвердятся, то это будут самые старые на сегодня известные экзопланеты, наблюдавшиеся напрямую. Это также продемонстрирует, что планеты-гиганты на широких орбитах могут пережить финальные этапы эволюции звезд. Он опосредованно активирует белок Drp1, отвечающий за деление митохондрий. Среди прочих вопросов остается неизвестным и тот, почему при ожирении повышается экспрессия RalA. В будущем потребуется детальнее изучить регуляцию энергетического гомеостаза организма осью RalA—Drp1, это может стать перспективной мишенью при терапии метаболических расстройств. Вероятно, это был детеныш белой акулы. Ранее новорожденных белых акулят никто не видел, хотя ученые давно подозревали, что воды у калифорнийского побережья служат родильным домом для белых акул.
Все зависит от того, в каком вакууме мы живем 16:09, 25 октября 2016 Происшествия Фото: Фото: Hi-News. Именно по этой причине может погибнуть целая Вселенная. И не какая-нибудь, а наша. Авторы YouTube-канала Kurzgesagt, которых не на шутку волнует эта угроза, опубликовали соответствующее видео, к котором попытались в доступной форме рассказать о проблеме, сообщает РИА VladNews со ссылкой на planet-today. Смотрите видеоролик ниже.
Для детей старше 16 лет. Адрес электронной почты редакции: tsi udmtv.
Именно этот процесс представлен в видеоролике. Однако, успокаивают исследователи, катастрофический переход из одного состояния в другое будет столь долгим, что уже не сможет угрожать человечеству.
Вакуумный распад: конец света уже наступил?
| Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест | Международная группа ученых впервые экспериментально подтвердила процесс распада ложного вакуума, что стало значительным прорывом в области квантовой физики. |
| Новое решение парадокса Ферми (почему мы одиноки во Вселенной) / Хабр | NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования. |
| Впервые получены доказательства распада ложного вакуума | Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. |
| Распад ложного вакуума | Ученые показали возможный механизм смерти Вселенной в результате распада ложного вакуума. |
Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
Газ удерживался в оптической ловушке и охлаждался до экстремально низкой температуры, при которой переходил в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна. Ученые готовили атомы, чтобы их спиновое состояние обеспечивало локальный минимум энергии бозе-конденсата в начале измерений. Физики измеряли профили намагниченности системы в зависимости от времени и наблюдали ее пузырьковообразный переход в глобальный минимум по энергии. Ученые сравнили скорость образования пузырька истинного вакуума и частоту распадов ложного вакуума с численным моделированием классической динамики поля, а также с простой теорией инстантонов, основанной на приведенном функционале энергии намагниченности. Компьютерное моделирование совпало с экспериментальными результатами, что по мнению ученых доказывает наблюдение распада ложного вакуума в истинный. Физики отмечают, что предложенный ими метод позволит подробнее изучить распад ложного вакуума квантовых состояний.
К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей. В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме.
Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. Поэтому и говорят о возможной гибели наблюдаемой Вселенной. Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Есть два основных подхода, позволяющих максимально упростить задачу и получить явные выражения для вероятности перехода — приближения тонкой и толстой стенок.
Квантовые поля стремятся к так называемому вакуумному состоянию, подразумевающему нулевую энергию учёные отмечают, что это название не имеет прямого отношения к космическому вакууму. При этом поле Хиггса, квантом которого является знаменитый хиггсовский бозон, представляет собой некоторое исключение, поскольку находится в состоянии так называемого «ложного вакуума», то есть, на самом деле, стабильности не достигает. Исследователи отмечают, что поле Хиггса, в том числе, даёт массу частицам. Если однажды некоторое квантовое событие заставит поле Хиггса устремиться к стабильному состоянию, это может привести к необратимому цепному процессу — вакуумному распаду, сообщают учёные.
Бозе-конденсат — это состояние материи, которое возникает, когда частицы или атомы, относящиеся к бозонам, охлаждают почти до абсолютного нуля, в данном случае до нескольких десятков нанокельвинов. Бозоны способны находиться в одном и том же основном квантовом состоянии грубо говоря, их принципиально нельзя отличить одну от другой и ведут себя подобно одной «размытой» частице, что создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом. Одним из таких эффектов является сверхтекучесть — способность жидкости обтекать узкие барьеры без трения.
Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео
Гибель Вселенной может наступить из-за распада ложного вакуума, об этом гласит одна из научных теорий. Суть катастрофы и заключается в распаде ложного вакуума, который, считают эксперты, начнет приближаться к состоянию истинного под воздействием сторонних сил. Результаты, опубликованные в журнале Nature Physics, предлагают экспериментальные доказательства образования пузырей в результате распада ложного вакуума в квантовой системе.
Ружье на стене
- Все зависит от того, в каком вакууме мы живем
- Все зависит от того, в каком вакууме мы живем
- Впервые получены доказательства распада ложного вакуума
- Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства | 24.01.2024 | Capital Sport
Ученые получают доказательства распада ложного вакуума
Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. При нарушении тонкого баланса между квантовыми частицами поле Хиггса вырвалось бы из ложного вакуума, порождая по всей Вселенной эффект домино под названием распад вакуума. Ложный вакуум (метастабильный вакуум[1]) — состояние в квантовой теории поля, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму.
Главные новости
- Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума
- В центре нашей Галактики подтверждено существование Х-образной структуры
- Распад вакуума
- Ученые получают доказательства распада ложного вакуума | 24.01.2024 | В Татарстане
- Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную » ОКО ПЛАНЕТЫ информационно-аналитический портал
- Разрушение пустоты: могут ли физики случайно уничтожить Вселенную
Физик уточнил скорость распада ложного вакуума
Ученые считают, что Вселенная может быть разрушена с помощью распада ложного вакуума, который находится в космическом пространстве. Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную. Подробнее про распад ложного вакуума можно прочитать в материале "Из пустого в порожнее", а также в новостях "Излучение Хокинга спасло Вселенную от распада ложного вакуума" и "Физик уточнил скорость распада ложного вакуума". Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий. Гибель Вселенной может наступить из-за распада так называемого ложного вакуума, гласит одна из научных теорий.
СОДЕРЖАНИЕ
- Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства | 24.01.2024 |
- Видео: смерть Вселенной из-за распада вакуума
- Главные новости
- Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия
Пузыри смерти или Когда распад ложного вакуума уничтожит Вселенную
Большой отскок. Есть ещё один вариант вышеупомянутой гипотезы. Он предполагает, что за несколько мгновений до того, как Вселенная схлопнется в бесконечно плотную сингулярность, она снова изменит курс и возобновит период расширения. Большой «слюрп». Последний сценарий конца света в этом списке, пожалуй, самый тревожный, потому что может коснуться нас. Возможно, мы застанем распад ложного вакуума. В результате этого высвободится огромная энергия, из-за чего образуется большое число частиц, что приведёт к повторному разогреванию Вселенной.
По мнению ученых, наблюдаемый мир находится в истинном или ложном вакуумном состоянии. В первом случае можно говорить о минимальном энергетическом состоянии хиггсовского поля. Для второго же есть отличная от нуля вероятность перехода в более глубокий, в частности, истинный вакуум.
Ложный и истинный вакуум в эксперименте представляли собой локальный и глобальный минимумы энергии ферромагнитного атомного конденсата Бозе-Эйнштейна. Результаты наблюдений согласовывались с численными моделями, которые подтверждают квантово-механическую природу распада, что делает атомные сверхтекучие жидкости идеальной платформой для исследования явлений неравновесного квантового поля. Бозе-конденсат — это состояние материи, которое возникает, когда частицы или атомы, относящиеся к бозонам, охлаждают почти до абсолютного нуля, в данном случае до нескольких десятков нанокельвинов. Бозоны способны находиться в одном и том же основном квантовом состоянии грубо говоря, их принципиально нельзя отличить одну от другой и ведут себя подобно одной «размытой» частице, что создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом.
Бозе-конденсат — это особое состояние материи, возникающее при охлаждении бозонов почти до абсолютного нуля. В таких условиях бозоны занимают одно и то же основное квантовое состояние, ведя себя как единая «размытая» частица. Это создает квантовые эффекты, видимые невооруженным глазом, включая сверхтекучесть — способность жидкости течь без трения.
Новое исследование проливает свет на явление, известное как «ложный вакуумный распад»
Сложность вызова события, обладающего достаточно высокой энергией для инициирования распада вакуума, обусловлена высотой потенциального барьера между ложным и истинным вакуумом. На канале Kurzgesagt видеохостинга YouTube появился ролик, на котором ученые рассказали о возможном механизме уничтожения Вселенной, которое может произойти в результате распада ложного вакуума, передает Lenta. Подробнее про распад ложного вакуума можно прочитать в материале "Из пустого в порожнее", а также в новостях "Излучение Хокинга спасло Вселенную от распада ложного вакуума" и "Физик уточнил скорость распада ложного вакуума". Этот эксперимент демонстрирует возможность исследования распада ложного вакуума и его последствий для физики и космологии в контролируемых атомных системах. NP: процесс распада ложного вакуума впервые наблюдали в бозе-конденсатеИзображение: Nature Physics (2024) / дународная группа ученых получила первые экспериментальные доказательства распада ложного вакуума. Результаты исследования. Видео: YouTube/Kurzgesagt Ученые наглядно показали, как распад ложного вакуума может уничтожить Вселенную.
Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
| Одна Вселенная или множество? | Если наша Вселенная находится в состоянии ложного вакуума, а не в состоянии истинного вакуума, то распад менее стабильного ложного вакуума на более стабильный истинный вакуум (так называемый распад ложного вакуума) может иметь драматические последствия. |
| Физики показали гибель Вселенной вследствие распада вакуума - ГТРК Удмуртия | • Распад ложного вакуума может произойти из-за квантового туннелирования или катастрофического события. |
| Физики из Кембриджского университета впервые смоделировали распад ложного вакуума | В результате распада ложного вакуума огромная энергия, запасенная полем, высвободится — в конечном счете, это выразится в образовании большого числа частиц и приведет к повторному разогреванию Вселенной. |
| Смерть Вселенной из-за распада вакуума показали на видео | Из множества альтернативных вариантов конца Вселенной ничто не может быть таким страшным, как “распад ложного вакуума”. |
Открытие распада ложного вакуума: ученые получили доказательства
Ученые наблюдали зарождение пузырьков в этих сверхтекучих средах, а численное моделирование подтвердило их наблюдения. Этот прорыв не только подтверждает теоретические предположения, основанные на теории инстантонов, но также открывает новые перспективы для исследования неравновесных квантовых полей. Кроме того, результаты исследования предоставляют ценную информацию о процессах, происходящих в квантовых системах многих тел.
Если вы привыкли иметь дело лишь с влажным воздухом, то пребывание в бассейне с водой станет для вас совершенно новым опытом.
В результате внезапного изменения поля Хиггса сами законы физики как бы приобрели совершенно иную форму. Внезапно частицы, которые до этого могли беспрепятственно перемещаться в пространстве со скоростью света, замедлились под действием поля Хиггса, то есть обрели массу. Этот процесс получил название «нарушение электрослабой симметрии».
Пугливая симметрия Симметрия — это тонкое, абстрактное понятие, чрезвычайно трудно объяснимое без уравнений, но настолько важное для физики, что я не могу просто отмахнуться от него. Симметрия имеет ключевое значение как для описания существующих, так и для разработки новых теорий природы. Если в ходе размышлений о мире вы привыкли использовать управляющие им математические уравнения, вас, вероятно, не удивит идея описания теорий в терминах симметрий, которым они подчиняются.
В противном случае все это может показаться вам сущей тарабарщиной. Итак, давайте сделаем небольшой экскурс в эту тему, поскольку симметрия представляет собой нечто невероятно красивое, и как только вы узнаете о ней подробнее, вы начнете замечать ее повсюду. Симметрия не сводится к зеркальному отражению чего бы то ни было.
В физике огромную роль играют закономерности и то, как они позволяют нам получить более глубокое понимание некоторой основополагающей структуры. Возьмем, к примеру, периодическую таблицу элементов. Почему элементы организованы в строки и столбцы?
Если вы изучали химию, вы знаете, что в столбцах сгруппированы элементы, имеющие общие свойства. Например, благородные газы, перечисленные в крайнем правом столбце, не склонны к участию в химических реакциях, тогда как находящиеся рядом с ними галогены отличаются высокой химической активностью. Эти закономерности обнаружились еще до того, как таблица была заполнена.
На самом деле ее создатель Дмитрий Менделеев даже оставил пробелы для еще не открытых элементов, которые, как он знал, должны существовать, исходя из выявленных им закономерностей. Закономерности в периодической таблице позволили теоретически обосновать заполнение электронных орбиталей, что привело к открытиям, имеющим отношение к фундаментальной природе субатомных частиц. Разработка теорий всегда начиналась с выявления закономерностей в результатах наблюдений, после чего ученые приступали к поиску скрытых свойств, способных объяснить наблюдаемое явление.
Все мы постоянно это делаем, даже если не отдаем себе отчета. Понаблюдав за дорожным движением в течение дня, вы можете сделать выводы о стандартном рабочем графике. По выцветшим местам ковра вы можете судить о том, какие части комнаты получают больше всего солнечного света а также о том, как Земля ориентирована относительно Солнца.
В случае с физикой элементарных частиц использование симметрии во многом напоминает создание периодических таблиц, но для более мелких компонентов природы. Сходство между частицами, например, в плане заряда, массы или спина, может многое рассказать нам об особенностях их формирования и связях с фундаментальными взаимодействиями. Организация частиц с учетом их сходства позволяет физикам выявлять симметрии, которые могут оказаться основополагающими для целых теорий.
Иногда эти закономерности легче всего представить математически. Если вы обнаружите, что в уравнении, описывающем некий физический процесс, можно поменять местами несколько переменных, не повлияв на описываемое явление, значит, вы обнаружили математическую симметрию. И это, вероятно, может кое-что рассказать вам о лежащих в основе данного явления частицах или полях.
Основанный на симметрии способ рассмотрения частиц и их взаимодействий получил такое распространение в физике, что мы часто используем обозначения математических симметрий в качестве названий самих теорий. Например, электромагнетизм часто называют и 1 — теорией, поскольку некоторые из его математических аспектов имеют тот же тип симметрии, что и окружность сокращением «U 1 » обозначается математическая группа поворотов окружности. Нарушение симметрии — это событие, в результате которого условия внезапно изменяются таким образом, что теория, описывающая взаимодействия частиц, приобретает другую, менее симметричную структуру.
После этого уже нельзя будет делать перестановки в уравнениях, а нарушение симметрии отразится и в физическом мире в виде изменения поведения частиц. Некоторые используемые физиками симметрии являются абстрактными и могут быть выражены лишь математически, однако среди них есть и вполне привычные. О вращательной симметрии речь идет тогда, когда нечто выглядит одинаково при повороте на некоторый угол например, окружность или пятиконечная звезда.
Трансляционная симметрия означает, что нечто выглядит одинаково при сдвиге в сторону например, длинный забор, сдвинутый на расстояние одной планки, или длинная прямая линия, смещенная на несколько сантиметров. Нарушение симметрии предполагает такое изменение ситуации, в результате которого симметрия перестает работать. Бокал обладает идеальной симметрией вращения до тех пор, пока где-то на его кромке не появится след от губной помады.
Забор обладает трансляционной симметрией до тех пор, пока не сломается одна из его планок. Даже на званом обеде может произойти нарушение симметрии, особенно после подачи спиртных напитков. В начале банкета, пока вы терпеливо ждете в окружении множества столовых приборов и небольших тарелок с хлебом, вы находитесь в ситуации, которой свойственна вращательная симметрия.
Как только кто-то из ваших соседей потянется за куском хлеба, симметрия нарушится, и все остальные смогут последовать его примеру. Если бы два человека одновременно потянулись к тарелкам с хлебом, находящимся на противоположной от них стороне стола, физики назвали бы такую ситуацию топологическим дефектом. В данном конкретном случае речь идет о доменной стенке, которая, если начнет доминировать во Вселенной, может привести к Большому сжатию.
Вот почему я всегда жду, пока другие возьмут хлеб, прежде чем потянуться к тарелке. С какой бы симметрией мы как физики ни работали, она будет отражена в описывающих взаимодействия уравнениях. Существуют способы кодирования вращательной, зеркальной и трансляционной симметрии, гарантирующие, что физика останется неизменной, как бы вы ни вращали, ни отражали и ни перемещали изучаемую систему.
В уравнениях также могут быть закодированы и более тонкие виды симметрий, лучше всего описываемые с помощью теории групп и абстрактной алгебры; это удивительные разделы математики, обсуждение которых, к сожалению, выходит далеко за рамки данной работы. Нарушение электрослабой симметрии, которое произошло спустя 0,1 наносекунды после возникновения Вселенной, представляло собой своеобразную перестройку структуры физики на фундаментальном уровне. После этого правила взаимодействия частиц радикально изменились.
Парообразное поле Хиггса превратилось в океан. Однако водная аналогия не идеальна. Двигаясь сквозь толщу воды, вы замедляетесь, и если перестанете прикладывать усилия, то совсем остановитесь.
Что касается массивных частиц, то их скорость не снижается по мере взаимодействия с полем Хиггса. В вакууме любой объект стремится продолжать делать то, что он делает. Массивные частицы, как правило, путешествуют по Вселенной на очень высоких хотя и досветовых скоростях.
Основное различие между массивными и безмассовыми частицами заключается в том, что массивным частицам, движущимся в вакууме, для ускорения требуется толчок, тогда как безмассовые частицы перемещаются со скоростью света без всяких усилий. На самом деле, безмассовые частицы просто не могут двигаться медленнее скорости света. Поэтому нам следует сказать спасибо, что поле Хиггса нарушило электрослабую симметрию, в противном случае мы не имели бы возможности просто спокойно посидеть.
Поле Хиггса не только позволило частицам обрести массу, но и определило некоторые из фундаментальных физических констант, в том числе заряд электрона и значения масс частиц. То физическое состояние, в котором мы существуем, называется «вакуумом Хиггса» или «вакуумным состоянием». Если бы поле Хиггса имело какое-то другое значение или симметрия нарушилась как-то иначе, мы, вероятно, вообще не могли бы существовать.
Мы находимся во Вселенной, где массы и заряды частиц идеально подходят для того, чтобы частицы объединялись в молекулы, формировали сложные структуры и обеспечивали химические процессы, поддерживающие жизнь. Если бы поле Хиггса имело другое значение, такое деликатное равновесие, вероятно, не было бы достигнуто, что сделало бы невозможным формирование этих связей. Своим материальным существованием мы обязаны тому факту, что поле Хиггса остановилось на нужном значении.
И тут возникают некоторые риски. Эксперименты, проводимые на ускорителе БАК с целью воссоздания экстремальных условий ранней Вселенной, помогают нам не только лучше изучить существующие законы физики, но и понять, какими они могли бы быть при других обстоятельствах. В 2012 году, когда физикам наконец удалось создать бозон Хиггса в результате столкновения частиц, измерение его массы позволило получить недостающий фрагмент для завершения Стандартной модели физики элементарных частиц.
Благодаря этому мы узнали не только о текущем значении поля Хиггса, но и обо всех возможных значениях, которые оно могло бы принять, появись у него такая возможность. Хорошая новость: измеренная масса бозона Хиггса полностью соответствует хорошо обоснованной и математически последовательной формулировке Стандартной модели, которая до сих пор с блеском выдерживала все экспериментальные испытания. Плохая новость: последовательная Стандартная модель также говорит нам о том, что наш вакуум Хиггса — идеально сбалансированный набор законов, управляющих физическим миром, — нестабилен.
В таком случае дни нашего прекрасного космоса, судя по всему, сочтены. Шаткое положение космоса Идея о том, что наш вакуум может оказаться нестабильным, не нова. Уже в 1960-х и 1970-х годах физики писали статьи о возможном и катастрофическом для Вселенной процессе распада, способном уничтожить жизнь какой мы ее знаем, и любую возможность существования организованной материи.
В то время распад вакуума был просто идеей, с которой можно забавляться в уравнениях, не имея никаких подтверждающих ее экспериментальных данных. Сейчас все иначе. Чтобы разобраться с распадом вакуума, сначала нужно познакомиться с концепцией потенциала, математической конструкцией, описывающей то, как может измениться значение поля и где оно «предпочитает» находиться.
Поле Хиггса можно представить в виде камешка, катящегося по склону долины. Форма этого склона и есть потенциал. Подобно тому, как камешек стремится оказаться на дне долины, поле Хиггса будет искать состояние с самой низкой энергией, соответствующее наименьшему значению потенциала, и остановится на нем, если ему ничто не помешает.
Потенциал можно изобразить в виде U-образной кривой, нижняя часть которой соответствует этой самой долине. Нарушение электрослабой симметрии привело к возникновению потенциала, управляющего полем Хиггса, и, как мы думаем, это поле благополучно обосновалось на дне долины. Проблема в том, что истинное дно может находиться в гораздо более низкой части потенциала и соответствовать другому вакуумному состоянию.
Представьте себе наклоненную округлую W-образную кривую, одна из долин которой расположена ниже той, в которой в настоящее время находится поле Хиггса. Если потенциал Хиггса имеет второй, более низкий минимум, то это превращает его из хорошей математической конструкции в экзистенциальную угрозу для всего космоса. В каком бы месте своего потенциала в данный момент ни находилось поле Хиггса, оно дает нам вполне приемлемую, удобную Вселенную.
Международная группа ученых опубликовала свои новейшие и важные открытия, которые подтверждают распад ложного вакуума Источник фото: Фото редакции Ложный вакуум - это состояние с низкой энергией, которое считается стабильным, но может преобразоваться в состояние с минимальной энергией, известное как истинный вакуум. Однако такой переход затруднен из-за высокого барьера энергии. В результате проведенных экспериментов ученые обнаружили образование маленьких пузырьков истинного вакуума в переохлажденном газе из изотопов натрия-23.
Статья опубликована в Physical Review D.
В квантовой теории поля частицы представляют собой колебания полей, которые отсчитываются от некоторого состояния с наименьшей возможной энергией, называемого вакуумом. Эти поля пронизывают все пространство Вселенной, так что назвать ее абсолютно пустой нельзя. Для большинства полей Стандартной модели потенциал устроен таким образом, что полю энергетически выгодно скатиться в нулевое состояние — качественно такой потенциал выглядит как ямка, которая симметрична относительно оси, проходящей через начало координат. Однако для поля Хиггса это не так: его потенциал напоминает скорее «мексиканскую шляпу», чем «ямку», и более выгодным становится отличное от нуля положение.
В результате все пространство оказывается пронизано полем постоянной напряженности, которое мешает частицам ускоряться и придает им массу. Потенциал типа «ямка» слева и типа «мексиканская шляпа» справа Более того, по современным представлениям на больших энергиях потенциал поля Хиггса снова загибается вниз, чтобы образовать вторую ямку, расположенную ниже той ямки, в которой мы живем. Хотя обе ямки разделяет высокий потенциальный барьер, поле может протуннелировать через него и свалиться в более выгодное состояние. Это значит, что рано или поздно ложный вакуум Стандартной модели прекратит свое существование и перейдет в истинный вакуум, а энергию колебаний поля придется отсчитывать от абсолютного минимума, а не от локального.
Процесс такого перехода называют распадом ложного вакуума. В результате распада ложного вакуума огромная энергия, запасенная полем, высвободится — в конечном счете, это выразится в образовании большого числа частиц и приведет к повторному разогреванию Вселенной.
Что произошло в мире науки. Вечерний дайджест
Вакуум в квантовой теории поля отвечает состоянию системы с минимально возможной энергией. Все физические процессы в таком мире происходят с энергиями, превышающими это принимаемое за нулевое значение. Между тем не исключено, что Вселенная или ее наблюдаемая часть находится в метастабильном, или ложном, вакууме. Это означает, что существует еще более выгодное энергетическое положение, в которое может эволюционировать Вселенная — истинный вакуум.
Количественное описание перехода системы из ложного вакуума в истинный впервые предложили в 1970-х годах советские физики. Почти в то же время эти вопросы привлекли внимание американских ученых.
К настоящему времени разработан математический аппарат, позволяющий оценить вероятность туннелирования системы из первоначального, метастабильного состояния во второе, более устойчивое. Во многом он основан на статистической физике и квантовой теории поля, составляющими основу так называемого формализма космологических пузырей. В таком подходе считается, что наблюдаемый мир существует в ложном вакууме. Это состояние, скорее всего, носит метастабильный характер — вся Вселенная или та ее часть, которую видит человек, может находиться в стабильном состоянии огромный по космологическим масштабам промежуток времени, который, однако, конечен. Внутри пузыря ложного вакуума может возникнуть пузырь истинного вакуума. Эволюция Вселенной в этом случае происходит за счет распада первоначального метастабильного состояния. Пузырь истинного вакуума расширяется внутри пузыря ложного вакуума в соответствии со специальной теорией относительности, не быстрее скорости света, и уничтожает всю материю первоначального мира. Поэтому и говорят о возможной гибели наблюдаемой Вселенной.
Однако количественный анализ распада ложного вакуума сопряжен с большой неопределенностью. Главное, что необходимо сделать, — это оценить вероятность рождения пузыря новой космологической фазы. Есть два основных подхода, позволяющих максимально упростить задачу и получить явные выражения для вероятности перехода — приближения тонкой и толстой стенок.
Минимальной энергия будет тогда, когда во всём пространстве поле h r будет равно константе: v или —v. Любое изменяющееся в пространстве поле обязательно приведет в целом к большей энергии. Высота потенциального барьера, разделяющего два минимума, равна Рис.
В некоторых хиггсовских механизмах может возникнуть ситуация с двумя неравноправными вакуумами. Но оказывается, в неминимальных вариантах хиггсовского механизма возможна ситуация, напоминающая рис. В них потенциал чуть-чуть перекошен «в пользу» одного из минимумов рис. Теперь самый важный момент. Два «вакуума» теперь разные. Тот, который поглубже, — истинный вакуум — отвечает минимальной плотности энергии, и он вечен.
Тот, который повыше, — ложный вакуум — не совсем стабилен. До поры до времени он может выглядеть как нормальный вакуум, и в нём тоже могут летать частицы, происходить взаимодействия и образовываться звезды и планеты. Но всегда существует вероятность, что этот вакуум «сломается», что он протуннелирует в более стабильный истинный вакуум. Этот квантовый распад вакуума выглядит так. В какой-то момент во Вселенной, находящейся в состоянии «ложного вакуума», появляется пузырь истинного вакуума рис. Переход между областью истинного и ложного вакуума не может быть разрывным, теория такой возможности не допускает.
Поэтому имеется тонкая промежуточная зона стенка пузыря , в которой хиггсовское поле плавно переходит от одного вакуума в другой, преодолевая по пути потенциальный барьер. Если этот пузырь энергетически выгоден, то он начнет расширяться, вначале медленно, но затем разгонится до скорости света. При таком переходе свойства частиц резко изменятся, а во Вселенной выделится много дополнительный энергии, которая была раньше запасена в ложном вакууме. Иными словами, последствия такого распада вакуума будут катастрофическими для любых структур, населявших «старую» Вселенную. Этот процесс во многом напоминает вскипание перегретой жидкости, только, разумеется, масштабы здесь не те. Пояснение насчет единиц измерения и размерностей.
Простейший вариант такой ситуации — это «хиггсовское» поле h r с такой плотностью потенциальной энергии его еще называют «потенциал» : Здесь r — это трехмерная пространственная координата, v — некоторая величина размерности энергии для настоящего хиггсовского поля она примерно равна 246 ГэВ. Минимальной энергия будет тогда, когда во всём пространстве поле h r будет равно константе: v или —v. Любое изменяющееся в пространстве поле обязательно приведет в целом к большей энергии. Высота потенциального барьера, разделяющего два минимума, равна Рис. В некоторых хиггсовских механизмах может возникнуть ситуация с двумя неравноправными вакуумами. Но оказывается, в неминимальных вариантах хиггсовского механизма возможна ситуация, напоминающая рис. В них потенциал чуть-чуть перекошен «в пользу» одного из минимумов рис. Теперь самый важный момент. Два «вакуума» теперь разные. Тот, который поглубже, — истинный вакуум — отвечает минимальной плотности энергии, и он вечен.
Тот, который повыше, — ложный вакуум — не совсем стабилен. До поры до времени он может выглядеть как нормальный вакуум, и в нём тоже могут летать частицы, происходить взаимодействия и образовываться звезды и планеты. Но всегда существует вероятность, что этот вакуум «сломается», что он протуннелирует в более стабильный истинный вакуум. Этот квантовый распад вакуума выглядит так. В какой-то момент во Вселенной, находящейся в состоянии «ложного вакуума», появляется пузырь истинного вакуума рис. Переход между областью истинного и ложного вакуума не может быть разрывным, теория такой возможности не допускает. Поэтому имеется тонкая промежуточная зона стенка пузыря , в которой хиггсовское поле плавно переходит от одного вакуума в другой, преодолевая по пути потенциальный барьер. Если этот пузырь энергетически выгоден, то он начнет расширяться, вначале медленно, но затем разгонится до скорости света. При таком переходе свойства частиц резко изменятся, а во Вселенной выделится много дополнительный энергии, которая была раньше запасена в ложном вакууме. Иными словами, последствия такого распада вакуума будут катастрофическими для любых структур, населявших «старую» Вселенную.
Этот процесс во многом напоминает вскипание перегретой жидкости, только, разумеется, масштабы здесь не те.