Хигс бозонът вече можеше да означава край на Вселената, каква е причината, заради която все още сме тук

До момента Вселената съществува от около 5 037 000 000 001 дни или 13,8 милиарда години. Макар отдалеч Вселената да изглежда стабилно, в по-малък мащаб всичко еволюира, експлодира, имплодира и умира.

И все пак може да се окаже, че стабилността на Вселената е илюзия, че сме в някаква критична фаза и това има нещо общо с полето на Хигс и неговото проявление, известният бозон на Хигс.

Най-важното е, че теоретично е налице метастабилна, а не стабилна вселена, което означава, че вакуумът не е стабилен в основното си състояние - същинския вакуум - но в локален минимум, състояние с малко по-висока енергия от основното състояние (вижте изображението долу).

Стабилността на вакуума остава предмет на сложни теоретически изчисления и дебати. Кредит: APS/Alan Stonebraker

Хигс бозонът е отговорен за масата и взаимодействията на всички познати частици. Това е така, защото масите на частиците са следствие от взаимодействие на елементарни частици с полето на Хигс, за което знаем, че съществува, защото е доказано, че бозонът на Хигс съществува.

Може да си представите това поле като за абсолютно неподвижен воден басейн, в който е потопено всичко. То има едни и същи свойства в цялата вселена. Това означава, че ще наблюдаваме едни и същи маси и взаимодействия, както и една и съша физика в целия космос.

Как частиците придобиват маса в полето на Хигс

Eдна опростена аналогия:
Представете си, че цялата Вселена е пълна до горе с пластична глина, през която си проправят път безмасовите частици – по по-бързите изпитват по-малко съпротивление, по-бавните – стават по-масивни, а тези, които се движат със скоростта на светлината минават, без да бъдат повлияни.

Но полето на Хигс е малко вероятно да е в най-ниското си възможно енергийно състояние, в което може да се намира. Това означава, че теоретично може да промени състоянието си, падайки до по-ниско енергийно състояние някъде. Ако това се случи обаче, това би променило драматично законите на физиката.

Вселената би влязла в състояние на метастабилност скоро след Големия взрив. Ако полето на Хигс се окаже в по-ниско енергийно състояние по една или друга причина, това ще има последствия за законите на природата на това място. Например, масата на електрона ще се промени и взаимодействието му с протони и неутрони също ще се промени. Това променено състояние ще прерасне в мехурчета, фазов преход, сравним например с превръщането на водата в пара. Ако такъв преход като разширяващ се балон достигне Земята, преобладаващата физика ще стане напълно различна и Вселената, каквато я познаваме, вече няма да съществува.

Мъглявината Тарантула — област на образуване на звезди — видяна от космическия телескоп Джеймс Уеб. С уважение към: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team, CC BY-SA

Люсиен Юртие (Lucien Heurtier) и неговите колеги наскоро са направили изчисления за тази възможност и резултатите са успокояващи. Енергийното състояние на полето на Хигс се променя според законите на квантовата механика, но неговите флуктуации обаче са толкова малки, че ще са нужни трилиони години, преди една такава флуктуация да стане достатъчно голяма, за да снижи полето на Хигс до състояние с по-ниска енергия.

Но какво ще стане, ако има външен източник на енергия, който е достатъчно силен, за да достави необходимата енергия, например много силно гравитационно поле или много гореща плазма?

Самият Големият взрив осигурява тази енергия, но топлинните ефекти, които са се случили тогава, изглежда поддържат полето на Хигс в стабилно, модифицирайки неговите квантови свойства. Следователно тази топлина не може да предизвика края на Вселената, което вероятно е причината да сме все още тук.

Но има един обект, който може да осигури такова снабдяване с енергия, така че полето на Хигс да се окаже в състояние с по-ниска енергия: първична черна дупка, създадена в екстремните условия на Големия взрив.

Тези хипотетични черни дупки могат да бъдат много леки (около един грам) до много тежки (масата на астероид или луна).

Както Стивън Хокинг показа през 1974 г., черните дупки могат да се изпарят и колкото по-леки са, толкова по-горещи са. Черните дупки с маса под няколко милиарда грама би трябвало вече да са се изпарили.

Представа на художник за първичните черни дупки. Кредит: Leiden Institute of Physics

Ако такава първична черна дупка се изпари напълно в последния момент, локално се създава нещо като гореща точка и освободената енергия трябва да е достатъчна, за да намали локално полето на Хигс до по-ниско състояние и по този начин да създаде разширяващ се балон от друга физика.

Но ако това се случи с всички първични черни дупки, които са достатъчно леки, космосът ще бъде пълен с тези локални мехурчета и Вселената, каквато я познаваме, вече изобщо няма да съществува.

И тъй като сме тук, какво се е случило?

Това са Установили Юртие и колегите му. Според тях има две възможности: първичните черни дупки изобщо не съществуват. Или ако те съществуват, тогава трябва да има нещо, което пречи на полето на Хигс да претърпи фазов преход с помощта на близките изпаряващи се черни дупки и да завърши в нарастващ балон с различна физика.

Справка: Louis Hamaide et al, Primordial Black Holes Are True Vacuum Nurseries, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.01869

Източник: The Higgs particle could have ended the universe by now—here's why we're still here, Lucien Heurtier, The Conversation

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

Още по темата

12/06/2024

Физика

Какво се е случило при Големия взрив – нова теория и ново състояние на материята?

28/05/2024

Космос

Миниатюрни черни дупки, скрити в Слънцето, се носят по удивителни орбити

05/12/2017

Космос

Гравитационните вълни ще покажат дали съществуват първични черни дупки

28/08/2017

Физика

Тежките елементи се създават докато първични черни дупки поглъщат неутронни звезди