Von den vielen alternativen Möglichkeiten, wie das Universum enden könnte, ist nichts so beängstigend wie der „falsche Vakuumzerfall“. Dieses Szenario basiert auf der Idee, dass sich ein fundamentales Feld im Universum nicht in seinem niedrigstmöglichen Zustand befindet. Unter dieser „falschen“ stabilen Region ist unser eigenes Universum gewachsen. Das Feld könnte spontan auf einen stabileren Wert springen und eine Blase erzeugen, die jegliche Realität auslöscht.
Wir wissen nicht genug über das fragliche Feld – das Higgs-Feld, das allem Masse verleiht –, um zu wissen, wie wahrscheinlich dies als Möglichkeit ist. Von einem falschen Vakuumzerfall spricht man, wenn ein instabiler Zustand in einen wirklich stabilen Zustand übergeht. Im Allgemeinen verstehen wir jedoch vieles nicht darüber, wie diese Blasenbildung funktioniert, insbesondere experimentell. Jetzt hat eine Gruppe italienischer Experimentatoren und britischer Theoretiker den ersten experimentellen Beweis für den Vakuumzerfall erbracht.
„Es wird angenommen, dass der Vakuumzerfall eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Raum, Zeit und Materie im Urknall spielt, aber bisher gab es keinen experimentellen Test“, erklärte Ian Moss, Professor für Theoretische Kosmologie an der Newcastle University. „In der Teilchenphysik würde der Vakuumzerfall des Higgs-Bosons die Gesetze der Physik verändern und zu der sogenannten ‚ultimativen ökologischen Katastrophe‘ führen.“
Zum ersten Mal haben Wissenschaftler die Blasenbildung in einem kontrollierten atmosphärischen System beobachtet. Der analoge Aufbau, den sie für das falsche Vakuumszenario verwendeten, war ein unterkühlter Dampf mit einer Temperatur von weniger als einem Millionstel Grad vom absoluten Nullpunkt. Dies ist ein metastabiler Zustand, was bedeutet, dass es sich nicht um die stabilste Konfiguration handelt, sie könnte aber für eine unbestimmte Zeit so bleiben. Man kann es sich als kleines Tal am Hang eines Hügels vorstellen. Der niedrigere Energiezustand ist ganz unten, aber diese kleine Delle könnte für eine Weile funktionieren.
In der Quantenmechanik müssen Dinge nicht einmal über die zusätzliche Energie verfügen, um aus dem kleinen Tal herauszukommen. Sie können einfach tunneln und in den niedrigsten Energiezustand zerfallen. Im analogen Aufbau wirken thermische Effekte ähnlich und führen zur Bildung einer Blase. Die Blase dehnt sich aus und führt das System in seinen niedrigsten Energiezustand, ähnlich dem wahren Vakuum.
„Die Nutzung der Kraft ultrakalter Atomexperimente zur Simulation von Analogien der Quantenphysik in anderen Systemen – in diesem Fall dem frühen Universum selbst – ist derzeit ein sehr spannendes Forschungsgebiet“, sagte Co-Autor Dr. Tom Billam, ebenfalls in Newcastle. hinzugefügt.
Das Ziel des Teams ist es, die Temperatur des Systems immer näher an den absoluten Nullpunkt zu bringen. Unter diesen Bedingungen werden die thermischen Effekte weniger relevant, aber die Quanteneffekte sollten auftreten und ein genaueres Analogon zum falschen Vakuumzerfall liefern.
Die Studie ist in Nature Physics veröffentlicht.