Эксперимент с огромными атомами имитирует самый страшный способ конца Вселенной

Фото из открытых источников

Из всех возможных способов конца Вселенной, наиболее тревожным является так называемый распад ложного вакуума. В то время как другие представляют проблему далекого будущего, этот может произойти здесь и сейчас, в любое время и в любом месте космоса, и мы даже не сможем его предвидеть. И самое интересное, что мы можем смоделировать это в лаборатории.

Забудьте о сценарии бесконечного расширения, вызванного тепловой смертью, или об обратном процессе, который закончился бы Большим Сжатием. Это теории конца Вселенной, рассматривающие более широкую картину. А что если проблема не в этом, а в квантовом мире? Тогда мы столкнулись бы с ложным вакуумным распадом.

Вселенная предпочитает состояния с наименьшей возможной энергией, также известные как основное состояние или истинный вакуум. Более высокие энергетические состояния могут быть метастабильными; это означает, что они могут оставаться в них неопределенно долго, но всегда существует вероятность того, что эти состояния могут перейти в истинное основное состояние после возмущения или спонтанно.

Теперь представьте, что вся Вселенная и все её свойства, всё, что мы считаем основным состоянием, на самом деле таковым не является. Это не истинный вакуум. Существует нечто более стабильное. В любой момент может произойти переход к настоящему, истинному вакууму, в результате чего ложный вакуум, в котором мы обитаем, полностью изменится. Пузыри истинного вакуума будут расширяться со скоростью света, изменяя Вселенную по мере своего движения. Фактические свойства этой Вселенной неизвестны, но нас там не будет, чтобы её увидеть.

У нас нет никаких доказательств того, что мы живем в ложном вакууме, и никто не проводит экспериментов по изучению истинного вакуума, поэтому беспокоиться не о чем. Тем не менее, вопрос о распаде ложного вакуума остается захватывающим, и за последние несколько лет было проведено несколько экспериментов, посвященных его исследованию. Некоторые изучали образование пузырей, другие использовали квантовые устройства для моделирования этого квантового явления.

В новом эксперименте физики использовали атомы Ридберга. Это атомы, которые были возбуждены, поэтому их электроны переходят на более высокие орбитали, но, в отличие от простых возбуждений, эти орбитали огромны, что делает их чрезвычайно большими по сравнению с другими атомами. Иногда они в 10 000–100 000 раз больше, чем в невозбужденном состоянии.

Их увеличенный размер отлично подходит для проведения различных экспериментов. В данном случае эти атомы были помещены в кольцо, каждый атом располагался рядом с атомом с противоположным спином. Такое чередование создает отличное основное состояние. Используя лазер, команда смогла придать атомам немного больше энергии, выровняв все их спины. Это было ложное вакуумное состояние для кольца атомов Ридберга. Было установлено, что скорость распада обратно в основное состояние зависит от мощности самого лазера.

Как уже упоминалось, эксперимент не ставил перед собой цель изучить распад ложного вакуума как возможный конец Вселенной, а рассматривал его как квантово-механический сценарий. Работа продемонстрировала новые идеи, а использование атомов Ридберга в такой геометрии открывает возможности для проведения более сложных экспериментов в будущем. Его результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.