Согласно квантовой теории поля, ложным вакуумом называют состояние с малым значением энергии, которое является относительно стабильным (метастабильным), но может переходить в состояние с минимальной возможной энергией, называемое истинным вакуумом.
Применение метастабильности к квантовой теории поля и квантовым системам многих тел вызвало значительный интерес в статистической физике, сворачивании белков и космологии. В этом контексте ожидается, что тепловые и квантовые флуктуации могут инициировать переход из метастабильного состояния (ложный вакуум) в основное состояние (истинный вакуум) посредством вероятностного зарождения пространственно локализованных пузырьков. Несмотря на этот теоретический прогресс, экспериментальное подтверждение оценки скорости релаксации метастабильного поля посредством зарождения пузырьков было давней проблемой.
В квантовой теории поля преобразование не очень стабильного состояния в реальное стабильное состояние называется «ложным вакуумным распадом». Этот процесс включает в себя создание крошечных локализованных пузырьков. Хотя существующие теоретические работы могут предсказать частоту образования пузырей, необходимо предоставить больше экспериментальных доказательств. Международная исследовательская группа, в которую входят ученые из Университета Ньюкасла, впервые наблюдала формирование этих пузырей в тщательно контролируемых атомных системах. Это экспериментальное наблюдение дает ценную информацию о динамике распада ложного вакуума в квантовой теории поля.
Экспериментальные результаты подтверждены теоретическим моделированием и численными моделями, подтверждающими квантово-полевую природу распада и его термическую активацию. Это открывает возможности для моделирования явлений неравновесного квантового поля в атомных системах. В эксперименте использовался переохлажденный газ с температурой менее микрокельвина (одной миллионной градуса) выше абсолютного нуля. При этой чрезвычайно низкой температуре наблюдалось появление пузырьков по мере распада вакуума.
Профессор Ян Мосс и доктор Том Биллам из Университета Ньюкасла убедительно продемонстрировали, что эти пузырьки возникают в результате термически активированного распада вакуума. Эта экспериментальная работа способствует нашему пониманию динамики квантового поля и обеспечивает платформу для изучения квантовых явлений в управляемых атомных системах.
