Αποσύνθεση κενού:Νέα έρευνα προτείνει νωρίτερα, αλλά μακρινό, τέλος στο Σύμπαν
Η αποσύνθεση υπό κενό, μια διαδικασία που θα μπορούσε να τερματίσει το σύμπαν όπως το ξέρουμε, μπορεί να συμβεί 10.000 φορές νωρίτερα από το αναμενόμενο. Ευτυχώς, δεν θα συμβεί ακόμα για πολύ, πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.
Όταν οι φυσικοί μιλούν για «το κενό», ο όρος ακούγεται σαν να αναφέρεται σε κενό χώρο, και κατά μία έννοια το κάνει. Πιο συγκεκριμένα, αναφέρεται σε ένα σύνολο προεπιλογών, όπως ρυθμίσεις σε έναν πίνακα ελέγχου. Όταν τα κβαντικά πεδία που διαπερνούν το χώρο βρίσκονται σε αυτές τις προεπιλεγμένες τιμές, θεωρείτε ότι ο χώρος είναι κενός. Μικρές τροποποιήσεις στις ρυθμίσεις δημιουργούν σωματίδια — αυξάνετε λίγο το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και παίρνετε ένα φωτόνιο. Οι μεγάλες τροποποιήσεις, από την άλλη πλευρά, θεωρούνται καλύτερα ως νέες προεπιλογές συνολικά. Δημιουργούν έναν διαφορετικό ορισμό του κενού χώρου, με διαφορετικά χαρακτηριστικά.
Ένα κβαντικό πεδίο είναι ειδικό επειδή η προεπιλεγμένη τιμή του μπορεί να αλλάξει. Ονομάζεται πεδίο Higgs, ελέγχει τη μάζα πολλών θεμελιωδών σωματιδίων, όπως τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ. Σε αντίθεση με κάθε άλλο κβαντικό πεδίο που έχουν ανακαλύψει οι φυσικοί, το πεδίο Higgs έχει μια προεπιλεγμένη τιμή πάνω από το μηδέν. Η κλήση της τιμής του πεδίου Higgs προς τα πάνω ή προς τα κάτω θα αυξήσει ή θα μειώσει τη μάζα των ηλεκτρονίων και άλλων σωματιδίων. Εάν η ρύθμιση του πεδίου Higgs ήταν μηδέν, αυτά τα σωματίδια θα ήταν χωρίς μάζα.
Θα μπορούσαμε να μείνουμε στη μη μηδενική προεπιλογή για αιωνιότητα, αν δεν ήταν η κβαντική μηχανική. Ένα κβαντικό πεδίο μπορεί να «διελάσει», πηδώντας σε μια νέα τιμή χαμηλότερης ενέργειας, ακόμη κι αν δεν έχει αρκετή ενέργεια για να περάσει από τις ενδιάμεσες ρυθμίσεις υψηλότερης ενέργειας, ένα αποτέλεσμα παρόμοιο με τη διέλευση σήραγγας μέσω ενός συμπαγούς τοίχου.
Για να συμβεί αυτό, θα πρέπει να έχετε μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας για να πραγματοποιήσετε σήραγγα. Και πριν κατασκευάσουν τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, οι φυσικοί πίστευαν ότι η τρέχουσα κατάσταση του πεδίου Higgs θα μπορούσε να είναι η χαμηλότερη. Αυτή η πεποίθηση έχει πλέον αλλάξει.
Η καμπύλη που αντιπροσωπεύει την ενέργεια που απαιτείται για διαφορετικές ρυθμίσεις του πεδίου Higgs ήταν πάντα γνωστό ότι μοιάζει με σομπρέρο με αναποδογυρισμένο χείλος. Η τρέχουσα ρύθμιση του πεδίου Higgs μπορεί να απεικονιστεί ως μια μπάλα που ακουμπά στο κάτω μέρος του χείλους.
Mark Belan για το Quanta Magazine
Ωστόσο, οι λεπτές κβαντικές διορθώσεις μπορούν να αλλάξουν το σχήμα της καμπύλης. Τα κβαντικά πεδία τροφοδοτούν ενέργεια μπρος-πίσω μεταξύ τους. Οι κβαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου μετατοπίζουν τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων, για παράδειγμα — ένα φαινόμενο που ανακαλύφθηκε τη δεκαετία του 1940.
Για το πεδίο Higgs, η καμπυλότητα του χείλους του σομπρέρο καθορίζεται από τη μάζα του μποζονίου Higgs, του στοιχειώδους σωματιδίου που μεταφέρει τα φαινόμενα του πεδίου Higgs, το οποίο ανακαλύφθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων το 2012. Περαιτέρω διορθώσεις στο σχήμα της καμπύλης προέρχονται από σωματίδια που αλληλεπιδρούν με την υψηλότερη μάζα:στοιχειώδες σωματίδιο. Συγκρίνοντας τη μάζα του μποζονίου Χιγκς με αυτή του κορυφαίου κουάρκ, οι φυσικοί πιστεύουν τώρα ότι το σομπρέρο πιθανότατα βυθίζεται ξανά. Σε πολύ υψηλότερη ρύθμιση του πεδίου Higgs, υπάρχει μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας.
Σε αυτή την περίπτωση, το πεδίο Higgs θα πρέπει τελικά να φτάσει σε αυτήν την κατάσταση ή να «αποστάσει». Αυτή η αποσύνθεση θα ξεκινούσε από ένα μέρος και στη συνέχεια θα εξαπλωθεί, μια σφαιρική φυσαλίδα που αναπτύσσεται με την ταχύτητα του φωτός, μεταμορφώνοντας το σύμπαν. Τα θεμελιώδη σωματίδια θα γίνονταν πολύ βαρύτερα, έτσι ώστε να έλκονταν μεταξύ τους από τη βαρύτητα πιο ισχυρά από ό,τι οι άλλες δυνάμεις τα κρατούσαν χώρια. Τα άτομα θα κατέρρεαν.
Ωστόσο, δεν θα προχωρήσουμε σε αυτήν την υψηλότερη ρύθμιση Higgs σύντομα. Οι φυσικοί εκτιμούν τις πιθανότητες διάσπασης του κενού με διαφορετικούς τρόπους. Στην πιο άμεση μέθοδο, κρατούν έναν απολογισμό των διαφορετικών μετασχηματισμών που θα ήταν απαραίτητοι για να μεταφερθεί το πεδίο από τη μια τιμή στην άλλη - μετασχηματισμοί που παραβιάζουν τη διατήρηση της ενέργειας, κάτι που επιτρέπει η κβαντομηχανική να συμβεί εν συντομία - σταθμίζοντας κάθε σενάριο ανάλογα με το πόσο πολύ παραβιάζει κανόνες όπως η διατήρηση της ενέργειας. Σύμφωνα με αυτές τις εκτιμήσεις, ένα κυβικό gigaparsec χώρου θα δει την αποσύνθεση του κενού μία φορά κάθε 10794 χρόνια, ή το ψηφίο 1 ακολουθούμενο από 794 μηδενικά — ένα παράλογο χρονικό διάστημα. Έχουν περάσει μόνο 1010 χρόνια από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Πρόσφατα, μια ομάδα φυσικών στη Σλοβενία ισχυρίστηκε ότι βρήκε ένα μικρό λάθος στον υπολογισμό, ένα σφάλμα που επιταχύνει το τέλος του σύμπαντος όπως το ξέρουμε σε 10790 χρόνια, αντί για 10794. Αν και μια αλλαγή κατά 10.000 μπορεί να φαίνεται τεράστια, είναι πολύ μικρότερη από την αβεβαιότητα από άλλα μέρη του σύμπαντος. Το πιο σημαντικό:Καμία από αυτές τις αβεβαιότητες δεν είναι αρκετά μεγάλη για να διαπεράσει τους αιώνες που βρίσκονται μεταξύ μας και τη φρίκη της αποσύνθεσης του κενού.
