Een experiment uitgevoerd in Italië, met theoretische ondersteuning van de Universiteit van Newcastle, heeft het eerste experimentele bewijs van vacuümverval opgeleverd.

Wanneer een niet zo stabiele toestand in de kwantumveldentheorie transformeert in de echte stabiele toestand, wordt dit 'vals vacuümverval' genoemd. Dit gebeurt door het creëren van kleine plaatselijke belletjes. Hoewel bestaand theoretisch werk kan voorspellen hoe vaak deze belvorming voorkomt, is er niet veel experimenteel bewijs.

Het ultrakoude atomenlaboratorium van het Pitaevskii Centrum voor Bose-Einstein-condensatie in Trento rapporteert voor het eerst de observatie van verschijnselen die verband houden met de stabiliteit van ons universum. De resultaten komen voort uit de samenwerking tussen de Universiteit van Newcastle, het National Institute of Optics van CNR, de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Trento en Tifpa-Infn, en zijn gepubliceerd in Nature Physics .

De resultaten worden ondersteund door zowel theoretische simulaties als numerieke modellen, die de oorsprong van het verval in het kwantumveld en de thermische activering ervan bevestigen, waardoor de weg wordt geopend voor de emulatie van kwantumveldverschijnselen die buiten evenwicht zijn in atomaire systemen.

Het experiment maakt gebruik van een onderkoeld gas met een temperatuur van minder dan een microKelvin vanaf het absolute nulpunt. Bij deze temperatuur zien we bellen ontstaan ​​als het vacuüm vervalt. Professor Ian Moss en dr. Tom Billam van de Universiteit van Newcastle konden overtuigend aantonen dat deze bellen het resultaat zijn van thermisch geactiveerd vacuümverval.

Ian Moss, hoogleraar theoretische kosmologie aan de School of Mathematics, Statistics and Physics van Newcastle University, zei:‘Er wordt aangenomen dat vacuümverval een centrale rol speelt bij het ontstaan ​​van ruimte, tijd en materie tijdens de oerknal, maar tot nu toe is er geen enkele experimentele test in de deeltjesfysica zou vacuümverval van het Higgsdeeltje de wetten van de natuurkunde veranderen, wat zou resulteren in wat wordt beschreven als de 'ultieme ecologische catastrofe'.'

Dr. Tom Billam, hoofddocent Toegepaste Wiskunde/Kwantum, voegde hieraan toe:‘Het gebruik van de kracht van experimenten met ultrakoude atomen om analogen van de kwantumfysica in andere systemen te simuleren – in dit geval het vroege universum zelf – is een zeer opwindend onderzoeksgebied op het gebied van de kwantumfysica. even."

Het onderzoek opent nieuwe wegen in het begrip van het vroege heelal, evenals ferromagnetische kwantumfase-overgangen.

Dit baanbrekende experiment is slechts de eerste stap in het onderzoeken van vacuümverval. Het uiteindelijke doel is het vinden van vacuümverval bij de temperatuur van het absolute nulpunt, waarbij het proces puur wordt aangedreven door kwantumvacuümfluctuaties. Een experiment in Cambridge, ondersteund door Newcastle als onderdeel van een nationale samenwerking QSimFP, heeft precies dit doel.

Meer informatie: A. Zenesini et al., Vals vacuümverval via belvorming in ferromagnetische supervloeistoffen, Natuurfysica (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02345-4

Journaalinformatie: Natuurfysica

Aangeboden door Newcastle University