Fizicienii chinezi au efectuat un experiment de laborator în care au studiat degradarea unui vid fals. Teoretic, acest fenomen ar putea duce la sfârșitul lumii – prăbușirea bruscă a Universului. Experimentele au fost efectuate la Universitatea Tsinghua din Beijing, iar cercetătorii și-au împărtășit rezultatele pe paginile Physical Review Letters.
S-a realizat un experiment cu un fenomen care ar putea provoca sfârșitul lumii
Fizica fundamentală a microlumilor (adică acele scări unde gravitația poate fi neglijată) se bazează pe teoria câmpului cuantic. Acesta prezice că nu există un vid perfect: spațiul gol este de fapt doar starea cu cea mai joasă energie a unui câmp cuantic continuu. Deoarece un câmp cuantic poate avea mai multe minime locale de energie, o stare locală aparent stabilă poate să nu fie cea mai stabilă posibil pentru câmpul în ansamblu – este separată de o stare și mai stabilă printr-o barieră energetică. Această stare „metastabilă”, cunoscută sub numele de vid fals, poate depăși bariera care o separă de vidul adevărat folosind tunelul cuantic, care permite tranziția să aibă loc fără nicio cheltuială de energie.
În anii 1970, fizicianul teoretician american Sidney Coleman a sugerat că Universul ar putea exista într-un vid atât de fals. Dacă da, atunci prăbușirea vidului fals ar duce la prăbușirea lui instantanee într-un vid adevărat.
„Deși nu putem testa această teorie la scara universului, dezvoltarea recentă a simulatoarelor cuantice extrem de controlate ne permite să recreăm și să studiem aceste evenimente dramatice de tunel în experimente de masă”, explică co-autorul Meng Khun Teey de la Departamentul de Fizică din Tsinghua.
Inel de atomi „umflați”.
În experimente, experimentatorii au folosit atomi Rydberg – atomi în care electronii exteriori sunt aduși într-o stare extrem de excitată. Acești electroni se deplasează la distanțe mari de la nuclee, făcând astfel de atomi foarte sensibili la câmpurile externe – și, prin urmare, potriviți pentru simulări cuantice controlate.
Cercetătorii au aranjat atomii de rubidiu Rydberg care se resping reciproc într-un inel. Într-o astfel de structură, starea de spin a fiecărui atom tinde să fie orientată opus spinilor celor doi vecini ai săi, formând o configurație alternantă ordonată de stări sus și jos. Datorită simetriei sistemului, ambele comenzi posibile – sus-jos-sus-jos și jos-sus-jos-sus – au aceeași energie și, prin urmare, sunt la fel de stabile.
Pentru a simula un vid fals, fizicienii au spart în mod deliberat această simetrie folosind un laser, astfel încât inelul să poată exista în două configurații posibile cu stări de energie ușor diferite – simulând stările unui vid adevărat și fals.
„Iluminând atomii pe rând cu raze laser țintite precis, am construit un peisaj energetic personalizat cu stări de vid „false” și „adevărate” distincte, permițându-ne să observăm procesul de tunel cuantic în timp real”, spune Tay.
După ce au măsurat rata de decădere a ordinului alternativ, oamenii de știință au fost convinși că odată cu întărirea câmpului de rupere a simetriei, acesta crește exponențial, așa cum a prezis teorie. Pentru ca un vid fals să se transforme într-unul adevărat, trebuie mai întâi să se formeze o „bulă” – o regiune transformată local suficient de mare pentru a compensa energia de distrugere a ordinii inițiale. Un câmp de rupere de simetrie mai puternic reduce dimensiunea necesară a acestei bule, ceea ce înseamnă că sunt necesari mai puțini atomi pentru tunelarea colectivă. Adică, procesul de degradare devine mai probabil.
Dar sfârşitul lumii?
Pe lângă dinamica pe termen scurt care amintește de dezintegrarea unui vid fals, autorii au observat și comportamentul pe termen lung și au descoperit că la anumite intensități de câmp, dezintegrarea a accelerat brusc – o caracteristică a sistemelor cuantice discrete care nu are analog în câmpurile cuantice continue. Această diferență deschide calea spre studierea unei game mai largi de fenomene fizice, nu doar a decăderii clasice a unui vid fals.
Și nu trebuie să vă faceți griji cu privire la sfârșitul lumii – probabilitatea sa ca urmare a prăbușirii unui vid fals, chiar și în teorie, este aproape de zero.
