私たちが知っているように、宇宙を終わらせる可能性のあるプロセスである真空崩壊は、予想よりも1万倍早く起こる可能性があります。幸いなことに、それはまだ非常に長い間起こらないでしょう。
物理学者が「真空」について話すとき、この用語はまるで空の空間を指しているように聞こえますが、ある意味では実際にそうなのです。より具体的には、制御ボードの設定など、一連のデフォルトを指します。空間に浸透する量子場がこれらのデフォルト値にある場合、空間は空であると考えられます。設定を少し調整すると粒子が作成され、電磁場を少し上げるとフォトンが得られます。一方、大きな調整は、まったく新しいデフォルトと考えるのが最善です。それらは、異なる特性を持つ、異なる定義の空きスペースを作成します。
1 つの量子フィールドは、そのデフォルト値が変更される可能性があるため特別です。ヒッグス場と呼ばれるこの場は、電子やクォークなどの多くの基本粒子の質量を制御します。他の量子場の物理学者が発見したものとは異なり、ヒッグス場にはゼロより大きいデフォルト値があります。ヒッグス場の値を上下に調整すると、電子やその他の粒子の質量が増加または減少します。ヒッグス場の設定がゼロであれば、それらの粒子は質量を持たなくなります。
量子力学がなければ、私たちは永遠にゼロ以外のデフォルトのままでいることができます。量子場は、高エネルギーの中間設定を通過するのに十分なエネルギーがない場合でも、新しい低エネルギー値にジャンプして「トンネル」することができます。これは、固体の壁をトンネルするのと同様の効果です。
これを実現するには、トンネルする先のエネルギーが低い状態が必要です。そして、大型ハドロン衝突型加速器を建設する前、物理学者たちは、ヒッグス場の現在の状態が最低である可能性があると考えていました。その信念は今では変わりました。
ヒッグス場のさまざまな設定に必要なエネルギーを表す曲線は、つばが上向きになったソンブレロに似ていることが常に知られていました。ヒッグス フィールドの現在の設定は、つばの底にボールが止まっているようにイメージできます。
マーク・ベランクアンタ マガジン
ただし、微妙な量子補正により、曲線の形状が変化する可能性があります。量子場は相互にエネルギーをやり取りします。たとえば、電子と電磁場の間の量子相互作用は原子のエネルギー レベルをシフトさせます。この効果は 1940 年代に発見されました。
ヒッグス場の場合、ソンブレロの縁の曲率は、2012 年に大型ハドロン衝突型加速器で発見された、ヒッグス場の効果を伝える素粒子であるヒッグス粒子の質量によって決まります。曲線の形状のさらなる修正は、ヒッグスと強く相互作用する粒子、つまり知られている中で最も重い素粒子であるトップクォークのような高質量を持つ粒子によって行われます。ヒッグス粒子の質量をトップクォークの質量と比較することで、物理学者たちは現在、ソンブレロが再び低下する可能性が最も高いと考えている。ヒッグス場の設定がはるかに高い場合、エネルギーが低い状態になります。
その場合、ヒッグス場は最終的にその状態、つまり「減衰」にトンネルするはずです。この崩壊は一か所で始まり、その後広がり、球形の泡が光の速さで成長し、宇宙を変容させます。基本粒子ははるかに重くなり、他の力がそれらを引き離すよりも重力によってより強く引き寄せられるでしょう。原子は崩壊してしまうでしょう。
ただし、すぐにその高いヒッグス設定にトンネルすることはありません。物理学者はさまざまな方法で真空崩壊の可能性を推定します。最も直接的な方法では、フィールドをある値から別の値に取得するために必要なさまざまな変換、つまり量子力学で一時的に発生するエネルギー保存に違反する変換を記録し、エネルギー保存などのルールにどれだけ違反するかに応じて各シナリオに重み付けを行います。これらの推定によると、立方ギガパーセクの宇宙では、10794 年に 1 回、つまり数字の 1 の後に 794 個のゼロが続く、つまり不条理な期間で真空の崩壊が見られることになります。ビッグバンからまだ 1010 年しか経っていません。
最近、スロベニアの物理学者グループは、計算に小さな誤差があり、私たちが知っている宇宙の終焉を10794年ではなく10790年に早めることを発見したと主張した。10,000倍の変化は巨大に見えるかもしれないが、計算の他の部分の不確実性よりもはるかに小さい。最も重要なことは、これらの不確実性はいずれも、私たちと真空崩壊の恐怖との間に横たわる永劫を切り開くほど大きなものではないということです。
