Ny forskning kaster lys over et fænomen kendt som falsk vakuum henfald

Et eksperiment udført i Italien med teoristøtte fra Newcastle University har frembragt det første eksperimentelle bevis på vakuumforfald.

I kvantefeltteorien, når en ikke-så-stabil tilstand forvandles til den sande stabile tilstand, kaldes det "falsk vakuumforfald". Dette sker gennem skabelsen af ​​små lokaliserede bobler. Mens eksisterende teoretisk arbejde kan forudsige, hvor ofte denne bobledannelse forekommer, har der ikke været meget eksperimentelt bevis.

Det ultrakolde atomlaboratorium i Pitaevskii Center for Bose-Einstein-kondensation i Trento rapporterer for første gang om observation af fænomener relateret til stabiliteten af ​​vores univers. Resultaterne stammer fra samarbejdet mellem University of Newcastle, National Institute of Optics of CNR, Physics Department of University of Trento og Tifpa-Infn, og det er blevet offentliggjort i Nature Physics .

Resultaterne understøttes af både teoretiske simuleringer og numeriske modeller, der bekræfter forfaldets kvantefeltoprindelse og dets termiske aktivering, hvilket åbner vejen for emulering af kvantefeltfænomener uden for ligevægt i atomare systemer.

Forsøget bruger en underafkølet gas ved en temperatur på mindre end en mikrokelvin fra det absolutte nulpunkt. Ved denne temperatur ses bobler at dukke op, når vakuumet henfalder, og Newcastle Universitys professor Ian Moss og Dr. Tom Billam var i stand til at vise endegyldigt, at disse bobler er et resultat af termisk aktiveret vakuumhenfald.

Ian Moss, professor i teoretisk kosmologi ved Newcastle University's School of Mathematics, Statistics and Physics, sagde:"Vakuumforfald menes at spille en central rolle i skabelsen af ​​rum, tid og stof i Big Bang, men indtil nu har der været ingen eksperimentel test i partikelfysik ville vakuumforfald af Higgs-bosonen ændre fysikkens love og frembringe, hvad der er blevet beskrevet som den 'ultimative økologiske katastrofe'."

Dr. Tom Billam, seniorlektor i anvendt matematik/kvante, tilføjede:"At bruge kraften i ultrakolde atomeksperimenter til at simulere analoger af kvantefysik i andre systemer - i dette tilfælde selve det tidlige univers - er et meget spændende forskningsområde på øjeblik."

Forskningen åbner nye veje i forståelsen af ​​det tidlige univers, såvel som ferromagnetiske kvantefaseovergange.

Dette banebrydende eksperiment er kun det første skridt i at udforske vakuumforfald. Det endelige mål er at finde vakuumforfald ved temperaturen på det absolutte nulpunkt, hvor processen udelukkende drives af kvantevakuumsvingninger. Et eksperiment i Cambridge, støttet af Newcastle som en del af et nationalt samarbejde QSimFP, har til formål at gøre netop dette.

Flere oplysninger: A. Zenesini et al., Falsk vakuumforfald via bobledannelse i ferromagnetiske supervæsker, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02345-4

Journaloplysninger: Naturfysik

Leveret af Newcastle University