Slovenski fizik sodeloval pri odkritju pojava, povezanega s koncem vesolja

Vpogled v razpad lažnega vakuuma, stanja, v katerem naj bi se trenutno nahajalo vesolje. Po ugotovitvah s pomočjo kvantne simulacije bi vesolje popolnoma spremenilo svojo strukturo, svet, kot ga poznamo, pa bi se sesul kot hišica iz kart.

Fizik Jaka Vodeb z Instituta Jožef Stefan je skupaj z mednarodnimi kolegi s kvantno simulacijo pridobil vpogled v razpad lažnega vakuuma, stanja, v katerem naj bi se trenutno nahajalo vesolje. Po ugotovitvah bi vesolje popolnoma spremenilo svojo strukturo, svet, kot ga poznamo, pa bi se sesul kot hišica iz kart, a šele čez več milijard let.

Če so pionirske raziskave pred 50 leti predlagale, da je vesolje morda ujeto v lažnem vakuumu, so raziskave s kvantno simulacijo podale nov uvid v mehanizem prehoda v bolj stabilno stanje pravega vakuuma, so sporočili z Instituta Jožef Stefan (IJS).

"Ta odkritja ne le premikajo meje znanstvenega znanja, temveč tudi utirajo pot prihodnjim tehnologijam, ki bi lahko korenito spremenile področja, kot so kriptografija, znanost o materialih in energetsko učinkovito računalništvo," je v sporočilu za javnost poudaril Jaka Vodeb z IJS.

"Ta odkritja ne le premikajo meje znanstvenega znanja, temveč tudi utirajo pot prihodnjim tehnologijam, ki bi lahko korenito spremenile področja, kot so kriptografija, znanost o materialih in energetsko učinkovito računalništvo."

Jaka Vodeb,
Institut Jožef Stefan

Teoretični fiziki se že desetletja sprašujejo, ali je vesolje stabilno ali metastabilno. V slednjem primeru se nahaja v lažnem vakuumu oz. v stanju navidezne, a ne dokončne stabilnosti, ki bo sčasoma razpadel v stabilnejše stanje oz. pravi vakuum, ki bi ga popolnoma preoblikovalo.

To bi pomenilo mehurček uničujoče moči, ki bi se spontano materializiral in s svetlobno hitrostjo valoval skozi prostor in čas. Kot je pojasnil Vodeb, bi v tem primeru vse, kar je bilo v lažnem vakuumu - to smo mi - takoj izginilo.

Lažni vakuum si lahko predstavljamo z analogijo s plastenko vode. Če napolnimo plastenko z destilirano vodo in jo za nekaj ur postavimo v zamrzovalnik, lahko voda, v kateri ni prahu ali kemikalij, ki bi sprožile kristalizacijo v led, v njej ostane tekoča tudi pri temperaturah pod lediščem. To stanje je metastabilno. Ko plastenko vzamemo iz zamrzovalnika in jo potresemo, bo prekomerno ohlajena voda takoj zamrznila v led in tako prešla v stabilno stanje. Na podoben način bi se lahko tudi vesolje, če se res nahaja v lažnem vakuumu, nekoč spontano preoblikovalo v stabilnejše stanje.

Fiziki so se dolgo spraševali, ali se lahko zgodi proces razpada lažnega vakuuma, in če se lahko, koliko časa bi to trajalo. Raziskave na novih napravah in strojni opremi so jim omogočile nova spoznanja.

Kvantni računalnik oz. t. i. kvantni žarilnik je znanstvenikom iz Slovenije, Velike Britanije in Nemčije omogočil opazovanje zapletenega plesa mehurčkov, ki vključuje njihovo nastajanje, rast in interakcijo v realnem času. To naj bi bil eden prvih primerov, ko so znanstveniki lahko neposredno simulirali in opazovali dinamiko lažnega vakuumskega razpada v tako velikem merilu, so navedli na IJS.

V raziskavi, ki so jo opravili raziskovalci iz Univerze v Leedsu, raziskovalnega inštituta Julich iz Nemčije, kjer kot podoktorski raziskovalec deluje Vodeb, in Avstrijski inštitut za znanost in tehnologijo (ISTA), so poskušali razumeti ključno uganko lažnega vakuumskega razpada in mehanizem, ki je v ozadju. Eksperiment je vključeval postavitev 5564 kubitov - osnovnih gradnikov kvantnega računalništva - v posebne konfiguracije, ki predstavljajo lažni vakuum.

S skrbnim nadzorom sistema so raziskovalci lahko sprožili prehod iz lažnega v pravi vakuum, kar odraža nastanek mehurčkov, kot ga opisuje teorija razpada lažnega vakuuma. Čeprav bi ta proces lahko sprožil pomembno spremembo v strukturi vesolja, se strokovnjaki strinjajo, da je napovedovanje časovnega poteka težavno, vendar se bo verjetno zgodil v astronomsko dolgem obdobju, ki lahko traja več milijonov in celo milijard let.

Raziskavo so objavili v reviji Nature Physics.