Вселенная, возможно, оказалась в своеобразной «зоне комфорта»: квантовые эффекты способны удерживать ее в нынешнем состоянии. К такому выводу пришли исследователи, изучив поведение квантового поля во время стремительного расширения ранней Вселенной. Результаты работы опубликованы в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Ученые рассмотрели проблему ложного вакуума — состояния, которое выглядит устойчивым, но не соответствует самому низкому доступному уровню энергии. Квантовая механика допускает самопроизвольный переход поля из такого состояния в более стабильное. Подобное изменение могло бы повлиять на фундаментальные свойства Вселенной.
Особое значение это имеет для поля Хиггса, благодаря которому элементарные частицы, включая электроны, обладают массой. Некоторые расчеты показывают, что оно может находиться в ложном вакууме. Если бы поле перешло в состояние с меньшей энергией, свойства частиц и взаимодействий во всей Вселенной могли бы измениться.
Модель исследователей показала, что взаимодействие квантового поля с окружающей средой способно резко уменьшить вероятность такого перехода. Во время расширения Вселенной информация о состоянии поля переносится в окружающее пространство, из-за чего ослабевает интерференция между возможными вариантами развития событий. Этот процесс называют декогеренцией, а его способность препятствовать переходам связывают с квантовым эффектом Зенона, при котором постоянное наблюдение подавляет изменение системы.
Авторы выделили в механизме два этапа. Сначала расширение Вселенной влияет на то, какое из двух энергетических состояний предпочтет поле: тяжелые поля чаще стремятся к состоянию с минимальной энергией, тогда как легкие могут распределяться между двумя вариантами более равномерно. Затем воздействие среды фиксирует уже сформировавшийся результат. Исследование опирается на методы теории открытых квантовых систем, применяемые также при изучении помех в квантовых компьютерах, и на численное моделирование поля в расширяющейся Вселенной.
Работа не доказывает, что нынешнее состояние Вселенной сохранится навсегда, и не позволяет определить точную вероятность распада поля Хиггса. Для этого потребуется учесть дополнительные обстоятельства, в том числе изменение темпов космического расширения и влияние самого поля на гравитацию. Исследование подготовили постдокторант Сиракузского университета Грегори Капланек, доцент Джейсон Поллак и их коллеги Робсон Кристи, Джау Джу, Венсан Веннен и Дэвид Уэндс; о результатах сообщила Syracuse University.