Soxta vakuumning yemirilishi

Agar boʻsh fazo eng past energiyada boʻlmasa, haqiqiy vakuum pufagi yorugʻlik tezligida oʻsishi mumkin edi: bu nimani anglatadi, qanday boshlanishi mumkin va nega xavfli emas

Faraz: fizika qogʻozda bunga yoʻl qoʻyadi, lekin hech kim koʻrmagan. Hammasi bugungi nazariyaga muvofiq.

3D da koʻring

Qadamma-qadam

Boʻsh fazo boʻsh emas

Zarralar massasini shu qiymatni qanchalik kuchli sezishidan oladi. Elektron uni kuchsiz sezadi va yengil; t-kvark uni hammadan kuchli sezadi va deyarli oltin atomichalik ogʻir. Qiymatni oʻzgartirsangiz, barcha massalar u bilan birga oʻzgaradi, massalar bilan esa atomlarning oʻlchami va butun kimyo.

2012-yilda CERNda topilgan Xiggs bozoni shu maydondagi toʻlqinchadir. Binafsha jilva chizilgan: maydonning oʻzini koʻrib boʻlmaydi va u hamma joyda bir xil koʻrinardi.

Chuqurchadagi sharcha

Maydon energiyasini relyef, vakuumimizni esa chuqurchada yotgan sharcha deb tasavvur qiling. Agar tepalik ortida chuqurroq vodiy boʻlsa, bizniki soxta vakuum: barqaror, lekin eng past emas.

Chuqurchadagi sharcha kichik turtkilarga chidamli: uni sal itarsangiz, qaytib dumalab keladi. Lekin tepalik ortidagi yer yanada pastroq tushsa, chuqurcha faqat metastabil boʻladi, xuddi oʻta sovutilgan suvdek: u muzlash nuqtasidan pastda ham biror narsa muzlashni boshlab yubormaguncha suyuq qoladi. Fiziklar bunday holatni soxta vakuum, eng past vodiyni esa haqiqiy vakuum deb ataydi.

Ikki oʻlchangan massa

Degrassi va hamkasblari buni Xiggs bozoni topilgan yili, 2012-yilda koʻrsatdi, keyingi ishlar ham bunga qoʻshiladi. Massalar ATLAS, CMS va Tevatron oʻlchovlarining Particle Data Group tomonidan olingan oʻrtachalaridir. Ular chegaraga yaqin turadi, baʼzi fiziklar buning oʻzini bir ishora deb biladi; ancha ogʻirroq t-kvark vakuumni hozirgacha allaqachon yemirib yuborgan boʻlardi.

Bu aniq emas. t-kvark massasini nazariyaga kerak boʻlgan son bilan bogʻlash qiyin, kuchli oʻzaro taʼsir kuchi ham noaniqlik qoʻshadi. Andreassen, Frost va Shvarts 2018-yilda barqaror vakuumni aniq istisno qilish uchun t-kvark massasini 250 MeV aniqlikda bilish kerakligini hisoblab chiqdi.

Qanday boshlanishi mumkin

Kvant fizikasi narsalarga ular chiqa olmaydigan toʻsiqlardan oʻtishga imkon beradi, xuddi alfa zarra yadrodan qochib chiqqanidek. Vakuum uchun bu kichik soha hech qanday sababsiz pastki vodiyga sakrab oʻtishi mumkinligini anglatadi. Juda kichik pufak yana qisqarib yoʻqoladi; kritik oʻlchamdan sal kattasi esa ichidan devori sarflaganidan koʻproq energiya oladi va oʻsadi.

Bu raqam faqat Standart model ulkan energiyalargacha butun manzarani bersagina toʻgʻri. Nomaʼlum zarralar vakuumni barqaror qilishi yoki umrini qisqartirishi mumkin. Baʼzi nazariyotchilar kichkina qora tuynuklar pufaklarni boshlab yuborishi mumkinmi, deb soʻragan (Burda, Gregori va Moss, 2015), bu gʻoya uchun na tasdiq, na rad etuvchi dalil bor.

Ogohlantirishsiz

Pufak oʻsishga yetarlicha katta boʻlgach, vakuum pastroqqa tushganda ajralgan energiya uning devorini tobora tezroq itaradi va juda qisqa vaqtda devor amalda yorugʻlik tezligida harakatlanadi. Tashqaridan qaraganda pufak har yili bir yorugʻlik yiliga oʻsadi: 100 ming yorugʻlik yili kenglikdagi Somon yoʻlini taxminan 100 ming yilda kesib oʻtadi.

Pufak tugʻilishidan chiqqan yorugʻlik uning devoridan sal oldinda boradi, shuning uchun devor yetib kelmaguncha koʻrinadigan hech narsa yoʻq. Rasm pufakni tashqaridan hech bir koʻz koʻra olmaydigan tarzda koʻrsatadi: aslida uning oldidagi yulduzlar devor yetib kelgan lahzagacha hech narsa boʻlmagandek porlab turardi. U odamni soniyaning bir necha milliarddan bir ulushida kesib oʻtardi, bu har qanday nerv signal yuborishidan ancha tez, shuning uchun hech kim hech narsa sezmasdi.

Pufak ichida

Ichkarida Xiggs maydoni beqiyos katta qiymatga ega boʻlardi, zarralarning massalari va ular orasidagi kuchlar ham u bilan birga oʻzgarardi. U yerda atomlar, demak kimyo va hayot ham mavjud boʻla olmasdi.

Massasini Xiggs maydonidan oladigan har bir zarra pufak ichida behad ogʻir boʻlardi, atomlarni birga tutib turuvchi kuchlar muvozanati esa yoʻqolardi. U yerdagi qonunlar batafsil qanday boʻlishi nomaʼlum: bunday maydon qiymatlarida Standart modelga ishonib boʻlmaydi. Aniq narsa shuki, biz yaratilgan modda devordan omon chiqmasdi.

Gravitatsiya buni yanada yomonlashtiradi. Haqiqiy vakuum energiyasi deyarli aniq nolga teng boʻlgan bizning vakuumdan pastroqda yotadi, demak uning energiyasi noldan past boʻlardi, Koulman va De Luchcha esa 1980-yilda bunday pufak ichidagi fazo oʻz-oʻziga qulab tushishini koʻrsatgan. Ichidagi toʻq binafsha rang chizilgan: u qanday koʻrinishini, umuman koʻrinsa, hech kim bilmaydi.

Kollayder uni boshlab yubora oladimi?

Yoʻq. Kosmik nurlar Oy, sayyoralar va yulduzlarga har qanday kollayder erisha oladiganidan ancha katta energiya bilan uriladi va buni milliardlab yillardan beri qiladi. Vakuum hamon joyida.

Pit Xat va Martin Ris bu dalilni 1983-yilda keltirgan: agar shunday energiyalardagi toʻqnashuvlar pufakni boshlab yubora olsa, u allaqachon oʻtmishimizda qayerdadir paydo boʻlgan boʻlardi va biz bu yerda boʻlmasdik. LHC ning 2008-yilgi xavfsizlik tekshiruvi ham shu javobga kelgan. Kollayderlar laboratoriyada tabiat har kuni ancha shiddatliroq qiladigan narsani takrorlaydi.

Bu haqiqatmi?

Hech kim bilmaydi. Vakuumimiz baribir eng past boʻlishi mumkin: javob t-kvarkning aniq massasiga va mavjud boʻlishi kerakligini biladigan Standart modeldan tashqaridagi fizikaga bogʻliq.

Standart model qorongʻi materiya, eng yuqori energiyalardagi gravitatsiya va boshqa koʻp narsalarni oʻz ichiga olmaydi. Yuqori energiyalardagi yangi zarralar Xiggs maydoni energiyasining shaklini oʻzgartirib, vakuumimizni barqaror yoki kamroq barqaror qilishi mumkin. LHC va kelajakdagi kollayderlarda t-kvarkning aniqroq oʻlchovlari javobni toraytiradi.