ТАСС, 20 января. Ученые впервые использовали квантовый симулятор для моделирования распада ложного вакуума – энергетического состояния, в котором может находиться наша Вселенная. Это поможет космологам проверять многие теории формирования Вселенной, надеются ученые. Описание их исследования опубликовал научный журнал Nature Physics.
"Наша работа открыла дорогу для изучения того, какую роль квантовые флуктуации играли в фазовых переходах в ранней Вселенной, в том числе в процессе распада "ложного вакуума". Что особенно примечательно, мы изучаем тайны самой горячей и плотной материи мироздания при помощи набора из очень холодных и небольших атомов", – рассказал один из авторов работы, сотрудник Кембриджского университета По Сун.
Одним из следствий гипотетического существования поля Хиггса и бозонов Хиггса может быть то, что Землю окружает не настоящий, а так называемый ложный вакуум. Он почти столь же стабилен, как и истинный, однако самое низкое энергетическое состояние, в котором могут находиться частицы в нашем мире, равно не нулю, а какому-то другому значению. Энергия частиц не может опуститься ниже этого порога, даже если ложный вакуум сохраняет стабильность.
Ученых давно интересует, как ведет себя ложный вакуум, так как от его свойств зависит, существуют ли параллельные миры и угрожает ли нашей Вселенной внезапная гибель в результате его распада. Нечто подобное, как предполагают теоретики, может произойти внутри сверхмассивных черных дыр в далеком будущем, однако проверить это предположение до недавнего времени ученые не могли.
Квантовая копия основ мироздания
Физики из Британии выяснили, что подобные процессы можно просчитать при помощи квантового симулятора. Так ученые называют аналоговое вычислительное устройство, заполненное большим числом атомов и других квантовых объектов, поведением и свойствами которых исследователи могут управлять. Это позволяет использовать их для наблюдений за сложными физическими процессами, просчитать которые на суперкомпьютере практически невозможно.
Ученые предположили, что для создания полноценного аналога ложного вакуума можно использовать набор из атомов рубидия-87, которые обычно используются при создании квантовых симуляторов. Это связано с тем, что эти частицы могут находиться в двух разных состояниях, в одном из которых они ведут себя, как сверхтекучая жидкость, а в другом – как экзотическая форма материи, которую физики называют изолятором Мотта.
По Сун и его коллеги обнаружили, что резкое превращение атомов рубидия-87 из одного состояния в другое, фазовый переход первого рода, можно запустить, если просто потрясти емкость, где находятся эти частицы. В результате этого происходит процесс, идентичный по своей природе тому, как должен распадаться или возникать ложный вакуум.
Последующие опыты, как надеются ученые, позволят им проверить многие популярные космологические теории, описывающие процесс формирования Вселенной. В частности, физики из Британии планируют проверить так называемую теорию вечного расширения Вселенной в результате непрерывного образования пузырей ложного вакуума, которая была сформулирована еще в 1983 году советскими космологами Александром Виленкиным и Андреем Линде.