Experiment s šířením bubliny změny vakua. Kredit: Zenesini et al. (2024), Nature Physics.

Každý, kdo si trochu přičichl ke kosmologii, Velkému třesku a kvantové mechanice, už jistě slyšel o falešném vakuu. Je to příběh, který se hodí jak k vášnivým teoretickým debatám, tak i pro vyprávění u dohasínajícího ohně v pustém lese, kde kvílí noční vítr. Podle kvantové teorie pole mohou existovat různé typy vakua s minimální možnou energií. Jedno z nich je „pravé“ vakuum, které představuje globální minimum energie.

Pak ale také mohou existovat „falešná“ vakua (False vacuum), která se nacházejí ve stavu nikoliv globálního, ale jen lokálního energetického minima. Problém je v tom, že takové lokální minimum by nebylo stabilním stavem, nýbrž jen metastabilním stavem, což by mělo mnohem horší důsledky než jenom předponu navíc.

Populární rekvizita pro fyzikální Halloween. Kredit: Stannered, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

U dohasínajícího ohně by pak příběh pokračoval s tím, že pokud se náš vesmír shodou okolností nachází ve stavu falešného vakua v souvislosti s Higgsovým bosonem, mohl by se najednou překlopit fázovým přechodem do stabilního stavu, což by dle některých názorů bylo zcela devastující. Zkáza by se šířila z místa vzniku jako bublina nicoty požírající realitu. Svého času dokonce nejspíš existovali lidé, kteří kvůli tomuto riziku, takzvaného rozpadu či zhroucení falešného vakua (False vakuum decay) nemohli spát.

Alessandro Zenesini druhý zleva. Kredit: Università di Trento.

V dnešní době jsou už mnohem populárnější jiné scénáře apokalypsy. Fyzici ale nepouštějí pozoruhodný fenomén falešného vakua ze svého hledáčku. Až doposud byl takový výzkum ryze teoretický. Italsko-britský tým, který vedl italský fyzik Alessandro Zenesini z Università di Trento, teď přichází s prvním experimentálním dokladem rozpadu falešného vakuu. Naše realita při tom očividně nezanikla.

Pochopitelně nešlo o hrátky s fázovým přechodem vesmíru, ale o stavy sice fungující na podobných principech, ale v jiném kontextu. Zenesini a spol. vůbec poprvé pozorovali bubliny rozpadu falešného vakua v pečlivě ovládaných atomárních kvantových systémech, založených na feromagnetických suprakapalinách. Výsledky průlomového experimentu jsou v souladu s teoretickými simulacemi a potvrzují roli kvantového pole v rozpadu vakua a jeho aktivaci teplotou.

Experiment využil plyn o teplotě méně než 1 mikrokelvin nad absolutní nulou. V experimentu se objevily bubliny šířícího se fázového přechodu a vědci prokázali, že jde o výsledek teplotně aktivovaného „rozpadu vakua“.

Jak říká Zenesiniho kolega, teoretický kosmolog Ian Moss Newcastle University, rozpad vakua zřejmě sehrál zásadní roli v mechanismus Velkého třesku a nejranějšího vývoje vesmíru. Přesto o něm mnoho nevíme. Teď se blýská na lepší časy. Úspěšný experiment představuje první krok novým směrem. Fyzici mají o zábavu postaráno.

Video: Ian Moss (Newcastle University): The hot big bang in a cold gas

Video: The Most Efficient Way to Destroy the Universe – False Vacuum

Literatura

Newcastle University 22. 1. 2024.

Nature Physics online 22. 1. 2024.