Universul pare să fie blocat într-o variantă care favorizează viața deși, conform teoriei, nu ar trebui să fie atât de stabil, iar această constanță a Universului este asigurată de câmpuri cuantice blocate în starea lor actuală, conform unui nou studiu publicat în Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, transmite marți Yahoo News.
Teoria câmpurilor cuantice descrie câmpuri cuantice invizibile care ne înconjoară pretutindeni, generând vibrații subatomice ce se manifestă sub formă de particule și materie. Aceste câmpuri tind să atingă starea de energie minimă posibilă – asemenea unei pietre care, aruncată în apă, se așează pe fundul unui lac. Însă, conform fizicienilor, unele câmpuri ar putea coborî la un nivel energetic și mai scăzut decât cel în care se află în prezent.
În noul studiu realizat de cercetători conduși de o echipă de la Universitatea din Portsmouth (Marea Britanie) sunt prezentate descoperiri încurajatoare pentru soarta Universului, sugerând că aceste câmpuri cuantice ar putea rămâne, practic, ‘blocate’ în starea lor actuală.
Aceste rezultate răspund unor temeri conform cărora, printr-un fenomen cunoscut sub numele de ‘tunelare cuantică’, câmpurile și-ar putea schimba starea pe neașteptate. Câmpul Higgs – cel care conferă masă particulelor, inclusiv electronilor – este considerat de oamenii de știință drept un câmp care s-ar putea afla într-un așa-numit ‘vid fals’.
Tunelarea cuantică este un fenomen fundamental și uluitor din mecanica cuantică în care o particulă subatomică trece printr-o barieră de energie aparent de netrecut, deși, conform fizicii clasice, nu ar avea suficientă energie pentru a face acest lucru. În lumea de zi cu zi (fizica clasică), dacă arunci o minge spre un perete, ea va ricoșa înapoi dacă nu o arunci cu suficientă forță încât să treacă peste el. În lumea cuantică însă, există o probabilitate matematică ca mingea să dispară dintr-o parte a peretelui și să apară instantaneu de cealaltă parte, ca și cum ar fi săpat un tunel prin el.
‘În principiu, o tranziție către acel nivel energetic mai scăzut ar aduce Universul într-o stare radical diferită, în care structura materiei și forțele care o guvernează s-ar modifica’, explică fizicianul Robson Christie de la Universitatea din Portsmouth.
Cercetătorii au elaborat un model matematic al Universului în expansiune, monitorizând modul în care câmpurile cuantice interacționează între ele. A fost, în esență, o simulare simplificată a unor ‘depresiuni’ inegale, reprezentând diferite stări energetice.
Un aspect esențial al modelului a fost plasarea unui anumit câmp cuantic între alte câmpuri – adică într-un mediu înconjurător. Acest lucru are legătură cu conceptul de ‘decoerență’ al informației cuantice, fenomen prin care sistemele cuantice inerent fragile pot fi perturbate de interacțiunile cu mediul extern.
‘Izolarea perfectă este doar o idealizare’, afirmă informaticianul Greg Kaplanek de la Universitatea Syracuse din New York. ‘Gândiți-vă, de exemplu, la calculatoarele cuantice: depunem eforturi uriașe pentru a proteja informația cuantică stocată în aceste mașinării de mediul înconjurător, deoarece chiar și interacțiunile slabe cu acesta pot altera rapid starea cuantică. Ceva similar se întâmplă în cosmologie: un câmp nu este niciodată cu adevărat singur’.
Într-un mod similar cu modul în care un mediu înconjurător poate cauza decoerență și pierderea efectelor cuantice în calculatoare, câmpurile din jur pot, de asemenea, să limiteze posibilitatea apariției efectelor cuantice (fenomenul de tunelare) în cadrul câmpurilor cuantice – concluzie la care cercetătorii au ajuns pe baza modelului lor.
Echipa de studiu numește acest fenomen ‘blocaj cosmic’ (cosmic lockdown). El sugerează că tranzițiile între ‘depresiuni’ – un aspect care îi îngrijorează pe fizicieni – ar putea fi puternic inhibate, deși nu devin imposibile.
Analiza modelului a mai relevat faptul că masa unui câmp cuantic, raportată la viteza de expansiune a Universului (scara Hubble), influențează ‘depresiunea’ în care se află câmpul respectiv la un moment dat.
‘Un câmp care are o masă mare în raport cu scara Hubble se poate adapta rapid la schimbările survenite pe măsură ce Universul se extinde. În acest caz, este foarte probabil ca el să evolueze către vidul real, adică starea de energie minimă absolută’, explică Christie.
‘Dacă expansiunea este prea rapidă în comparație cu dinamica câmpului, sistemul nu poate ține pasul cu schimbările. În acest caz, poate persista o probabilitate semnificativă ca un câmp să ajungă, în cele din urmă, tot într-un vid fals’, a adăugat el.
Cercetătorii fac o analogie cu un alt fenomen cunoscut, efectul cuantic Zeno, care susține, în esență, că un sistem nu își schimbă starea atunci când începe să fie măsurat sau monitorizat – lucru care se întâmplă, în acest context, prin intermediul interacțiunilor câmpurilor cuantice.
Prin urmare, putem răsufla ceva mai ușurați în privința sorții Universului. Cu toate acestea, cercetătorii recunosc că sunt necesare modele mai complexe pentru a explora această idee în profunzime și pentru a analiza câmpuri cuantice reale, precum câmpul Higgs.
‘Dacă un astfel de mecanism ar fi relevant în situații cosmologice mai realiste, el ar putea contribui la stabilizarea unui câmp care se află deja într-un vid fals. Totuși, pentru a înțelege în ce măsură acest lucru este aplicabil câmpului Higgs, va fi nevoie de modele mai realiste’, afirmă cosmologul David Wands, de la Universitatea din Portsmouth.
