Μια ομάδα φυσικών στο Πανεπιστήμιο Tsinghua του Πεκίνου κατάφερε να αναπαράγει σε επιτραπέζια πειραματική διάταξη το φαινόμενο της «διάσπασης του ψευδούς κενού».
Πρόκειται για μια θεωρητική διαδικασία που, σύμφωνα με ορισμένες υποθέσεις της κβαντικής φυσικής, θα μπορούσε να προκαλέσει την ακαριαία καταστροφή του σύμπαντος, μεταβάλλοντας θεμελιωδώς τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου.
Η θεωρία του ψευδούς και του αληθούς κενού
Σύμφωνα με την Κβαντική Θεωρία Πεδίου, το κενό δεν είναι απλώς ένας άδειος χώρος, αλλά η κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας ενός κβαντικού πεδίου. Ωστόσο, υπάρχει η πιθανότητα το σύμπαν μας να βρίσκεται σε μια «μετασταθή» κατάσταση, γνωστή ως «ψευδές κενό». Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει μια ακόμα χαμηλότερη και πιο σταθερή ενεργειακή κατάσταση, το «αληθές κενό».
Όπως μια κοιλάδα που χωρίζεται από μια βαθύτερη χαράδρα μέσω ενός βουνού, έτσι και το ψευδές κενό χωρίζεται από το αληθές μέσω ενός ενεργειακού φραγμού. Μέσω του φαινομένου της κβαντικής σήραγγας, το πεδίο θα μπορούσε να διαπεράσει αυτόν τον φραγμό χωρίς εξωτερική ενέργεια. Αν συνέβαινε αυτό, μια «φυσαλίδα» αληθούς κενού θα άρχιζε να επεκτείνεται με την ταχύτητα του φωτός, καταπίνοντας τα πάντα στο πέρασμά της.
Το πείραμα με τα άτομα Rydberg
Για να μελετήσουν αυτό το δραματικό σενάριο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα Rydberg – άτομα των οποίων τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε εξαιρετικά υψηλές ενεργειακές στάθμες, κάνοντάς τα πολύ ευαίσθητα σε εξωτερικά πεδία. Τα άτομα διατάχθηκαν σε έναν δακτύλιο, όπου οι καταστάσεις περιστροφής (spin) τους σχημάτιζαν ένα εναλλασσόμενο μοτίβο.
Χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ, οι επιστήμονες έσπασαν σκόπιμα τη συμμετρία του συστήματος, δημιουργώντας δύο διαφορετικές ενεργειακές καταστάσεις που αντιστοιχούσαν στο «ψευδές» και το «αληθές» κενό. Αυτό τους επέτρεψε να παρατηρήσουν σε πραγματικό χρόνο τη διαδικασία της κβαντικής σήραγγας και τον σχηματισμό «φυσαλίδων» που οδηγούν στη διάσπαση της μετασταθούς κατάστασης.
Σημασία για τη σύγχρονη φυσική
Τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύθηκαν στο Physical Review Letters, επιβεβαίωσαν τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Η ταχύτητα διάσπασης του συστήματος μειώθηκε εκθετικά όσο ισχυρότερο γινόταν το πεδίο που έσπαγε τη συμμετρία, αντικατοπτρίζοντας ακριβώς τον μηχανισμό που θεωρείται ότι διέπει το σύμπαν σε κοσμολογική κλίμακα.
Εκτός από την επιβεβαίωση της θεωρίας, το πείραμα αποκάλυψε και μοναδικά χαρακτηριστικά που αφορούν αποκλειστικά τα διακριτά κβαντικά συστήματα, ανοίγοντας νέους δρόμους για την κατανόηση της κβαντικής δυναμικής πολλών σωμάτων. Όπως δήλωσε ο ερευνητής Meng Khoon Tey, αυτή η «επιτραπέζια» προσέγγιση αποτελεί ένα κρίσιμο βήμα για τη μελέτη γεγονότων που είναι αδύνατον να δοκιμαστούν σε παγκόσμια κλίμακα.
