Распад вакуума произойдет раньше, чем ожидалось.
Одно из квантовых полей, заполняющих Вселенную, особенное, поскольку его исходное значение со временем может измениться, изменив все вокруг. Процесс распада вакуума, который может завершить существование Вселенной, может произойти в 10,000 раз быстрее, чем ожидалось. К счастью, это все равно случится очень и очень нескоро.
Когда физики говорят о «вакууме», это звучит как пустое пространство, и в некотором смысле так и есть. Вакуум подразумевает набор исходных значений, как настройки на пульте управления. Когда квантовые поля, пронизывающие пространство, остаются на этих значениях, пространство считается пустым. Небольшие изменения создают частицы, например, повышение электромагнитного поля порождает фотон. Большие изменения — это уже новые исходные значения, которые создают другое определение пустоты.
Особое значение имеет поле Хиггса, поскольку оно может изменяться. Это поле контролирует массу многих фундаментальных частиц, таких как электроны и кварки. В отличие от других квантовых полей, у него ненулевое исходное значение. Если бы поле Хиггса имело нулевое значение, частицы были бы лишены массы.
По законам квантовой механики, поле может «туннелировать», переходя к новому, более низкоэнергетическому значению. Этот эффект можно сравнить с прохождением через стену. Однако для этого нужно, чтобы существовало состояние с более низкой энергией, к которому поле могло бы перейти. Раньше считалось, что текущее состояние поля Хиггса — самое низкое, но это мнение изменилось.
Энергетическая кривая поля Хиггса всегда напоминала сомбреро с загнутыми краями, где текущее состояние поля можно представить как шарик, покоящийся на дне этой фигуры. Однако квантовые взаимодействия могут изменить форму этой кривой. Например, взаимодействия между электронами и электромагнитным полем смещают энергетические уровни атомов.
Форма кривой для поля Хиггса определяется массой бозона Хиггса, частицы, обнаруженной в 2012 году на Большом адронном коллайдере. Дополнительные коррекции вносятся частицами с большой массой, такими как верхний кварк. Сравнив массу бозона Хиггса и верхнего кварка, физики пришли к выводу, что кривизна сомбреро, вероятно, снова опускается вниз, что указывает на существование состояния с более низкой энергией при более высоком значении поля Хиггса. Следовательно, поле Хиггса в конечном итоге должно будет туннелировать в это состояние, что вызовет его распад. Этот процесс начнется в одной точке и будет распространяться сферическим пузырем со скоростью света, трансформируя Вселенную. Фундаментальные частицы станут намного тяжелее, атомы начнут разрушаться.
Тем не менее, это произойдет нескоро. Физики оценивают вероятность распада вакуума разными способами. Один из них — учет всех возможных преобразований, необходимых для перехода поля от одного значения к другому, включая те, которые нарушают законы сохранения энергии, что квантовая механика допускает на короткое время. По оценкам, кубический гигапарсек пространства может испытать распад вакуума раз в 10^794 лет. Для сравнения: с момента Большого взрыва прошло всего 10^10 лет.
Недавно группа физиков из Словении обнаружила небольшую ошибку в расчетах, которая ускоряет конец Вселенной до 10^790 лет. Хотя изменение в 10,000 раз кажется значительным, оно намного меньше, чем другие источники неопределенности. Самое важное: ни одна из этих неопределенностей не уменьшает огромные промежутки времени, которые нас отделяют от возможного распада вакуума.