Расширение Вселенной может удерживать квантовые поля в нестабильных состояниях и препятствовать их переходу к более глубокому энергетическому минимуму. К такому выводу пришли специалисты Портсмутского университета, исследовавшие устойчивость ложного вакуума. Результаты работы описывает Phys.org.
В космологии вакуумом называют не пустое пространство, а состояние поля с минимальной энергией. Самым устойчивым считается истинный вакуум, тогда как ложный представляет собой локальную энергетическую впадину, в которой система может задержаться. Дэвид Уэндс из Портсмутского университета сравнил такую ситуацию с рельефом, где рядом существуют углубления разной глубины.
Робсон Кристи и его коллеги проверили эту идею с помощью упрощённой космологической модели. Особое внимание они уделили полю Хиггса, от которого зависит масса частиц Стандартной модели. Согласно некоторым расчётам, сейчас оно может находиться в ложном вакууме, хотя при больших значениях поля теоретически существует другой, более глубокий минимум.
Переход в него изменил бы состояние Вселенной, структуру материи и действующие между частицами силы, отмечает Кристи. Обычно подобный процесс связывают с квантовым туннелированием — преодолением энергетического барьера без достаточной классической энергии. Однако исследование показало, что важным фактором оказывается соотношение массы поля и темпа расширения Вселенной: лёгкое поле при слишком быстром расширении не успевает достичь наиболее глубокого минимума.
После закрепления в локальной впадине возникает состояние, которое учёные назвали космической блокировкой. Взаимодействие с окружающими полями разрушает квантовую суперпозицию и придаёт системе свойства классического объекта. По словам соавтора работы Грега Капланека, для этого не нужно присутствие наблюдателя: окружающая среда сама получает сведения о состоянии поля, нарушает когерентность между двумя вакуумами и подавляет дальнейшее туннелирование.
Авторы подчёркивают, что их расчёты основаны на упрощённой модели и не доказывают безопасность нынешнего вакуума. Тем не менее результат указывает на возможность стабилизации ложного вакуума за счёт взаимодействия с окружением, что способно препятствовать резкому переходу в другое состояние. Для проверки применительно к полю Хиггса потребуются более реалистичные вычисления.