Ett experiment utfört i Italien, med teoristöd från Newcastle University, har producerat de första experimentella bevisen på vakuumförfall.
I kvantfältteorin, när ett inte så stabilt tillstånd förvandlas till det verkliga stabila tillståndet, kallas det "falskt vakuumförfall". Detta sker genom skapandet av små lokala bubblor. Även om befintligt teoretiskt arbete kan förutsäga hur ofta denna bubbelbildning inträffar, har det inte funnits mycket experimentella bevis.
Det ultrakalla atomlabbet vid Pitaevskii Center for Bose-Einstein Condensation i Trento rapporterar för första gången observation av fenomen relaterade till stabiliteten i vårt universum. Resultaten härrör från samarbetet mellan University of Newcastle, National Institute of Optics of CNR, Physics Department of University of Trento och Tifpa-Infn, och det har publicerats i Nature Physics .
Resultaten stöds av både teoretiska simuleringar och numeriska modeller, som bekräftar sönderfallets kvantfältsursprung och dess termiska aktivering, vilket öppnar vägen för emulering av kvantfältsfenomen som inte är i jämvikt i atomsystem.
Experimentet använder en underkyld gas vid en temperatur på mindre än en mikrokelvin från absoluta nollpunkten. Vid denna temperatur ses bubblor dyka upp när vakuumet sönderfaller och Newcastle Universitys professor Ian Moss och Dr. Tom Billam kunde definitivt visa att dessa bubblor är ett resultat av termiskt aktiverat vakuumsönderfall.
Ian Moss, professor i teoretisk kosmologi vid Newcastle Universitys School of Mathematics, Statistics and Physics, sa:"Vakuumförfall tros spela en central roll i skapandet av rum, tid och materia i Big Bang, men fram till nu har det funnits inget experimentellt test inom partikelfysik, skulle vakuumförfall av Higgs-bosonen förändra fysikens lagar, vilket ger upphov till vad som har beskrivits som den 'ultimativa ekologiska katastrofen'."
Dr. Tom Billam, universitetslektor i tillämpad matematik/kvantum, tillade:"Att använda kraften i ultrakalla atomexperiment för att simulera analoger av kvantfysik i andra system - i det här fallet själva det tidiga universum - är ett mycket spännande forskningsområde vid ögonblick."
Forskningen öppnar nya vägar i förståelsen av det tidiga universum, såväl som ferromagnetiska kvantfasövergångar.
Detta banbrytande experiment är bara det första steget i att utforska vakuumförfall. Det slutliga målet är att hitta vakuumsönderfall vid temperaturen absolut noll där processen drivs enbart av kvantvakuumfluktuationer. Ett experiment i Cambridge, som stöds av Newcastle som en del av ett nationellt samarbete QSimFP, syftar till att göra just detta.
Mer information: A. Zenesini et al, Falskt vakuumsönderfall via bubbelbildning i ferromagnetiska superfluider, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02345-4
Journalinformation: Naturfysik
Tillhandahålls av Newcastle University
