空间的真空比预期的更快来衰变（但还不快）

PARTICLE PHYSICS

充满宇宙的量子场之一是特别的，因为它的默认值似乎摆出来最终改变的姿势，改变一切。

更低能量真空的一个泡泡将以光速生长，摧毁在它的路径中的所有原子。Nico Roper/Quanta Magazine

ByMatt von Hippel

Contributing Writer

July 22, 2024

一个可能终结我们知道的宇宙的过程真空衰变可能比被预期的更早10000倍发生。幸运的是它仍然不会在很长很长一段时间发生。

当物理学家谈到“真空”时，这个词听起来宛如指空的空间一样，在某种意义上它确实的。更特别的，它指一组默认值，比如在一个控制板上的设置。当渗透空间的量子场坐在这些默认值上时你考虑空间是空的。对设置小的调整创造粒子——将电磁场调高一点而你得到一个光子。另一方面，大调整一起被认为是最佳的新默认。它们创造一个不同的空的空间的定义，有不同的特征。

一个量子场是特殊的，因为它的默认值能变化。叫希格斯场它控制着许多基本粒子的质量如电子和夸克。与物理学家已经发现的其他量子场不同，希格斯场有一个高于零的默认值。上调或下调希格斯场值将增加或减少电子和其它粒子的质量。如果希格斯场的设置为零，这些粒子将是无质量的。

如果不是量子力学我们可以永远呆在非零默认值上。一个量子场即便它没有足够的能量来穿过更高能量的中间设置能“隧穿”跳到一个新的更低的能量值上，一种类似于隧穿一个固体墙的效果。

要让这发生，你需要有一个更低能量来隧穿的状态。在建造大型强子对撞机之前，物理学家认为希格斯场的当前状态可能是最低的。这种信念现在已经变化了。

代表希格斯场要求的不同设置的能量的曲线总是被知道类似于一个帽檐朝上的宽边帽一样。希格斯场的当前设置能被描绘为一个静止在边缘底的球一样。

Mark Belan for Quanta Magazine

然而，微妙的量子校正能改变曲线的形状。量子场在彼此之间来回馈送能量。例如，电子和电磁场之间的量子相互作用改变原子的能级，一个在20世纪40年代中发现的效应。

对希格斯场，宽边帽边缘的曲率被希格斯玻色子的质量决定，希格斯玻色子是传递希格斯场的效应的基本粒子，于2012年在大型强子对撞机上被发现。对曲线形状的进一步修正来自与希格斯粒子强相互作用的粒子：那些有高质量像顶夸克一样已知最重的基本粒子。通过比较希格斯玻色子和顶夸克的质量，物理学家现在认为宽边帽最可能会再次下降下去。在一个希格斯场的远更高的设置上，有一个更低能量状态。

在那个案例中，希格斯场最终应该隧穿到这种状态或“衰变”。这种衰变将在一个地方中开始然后扩散，一个以光速生长的球形泡泡，变形宇宙。基本粒子会变得远更重，因此它们会被比其它把持它们分开的力更强的引力吸引在一起。原子会坍塌。

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不过，我们不会很快任何时候隧穿到那个更高的希格斯设置。物理学家以不同的方式估计真空衰变的机会。在最直接的方法中，他们保持让场从一个值到另一个值所需的不同转换——违反能量守恒的转换的一个记录，这量子力学允许来短暂的发生——按照它多大的违反能量守恒等规则加权每种场景。按照这些估计，一立方千兆秒差距的空间将看到每10^794年发生一次真空衰变，或数字1后面跟着794个零——一个荒谬的时间跨度。自大爆炸起仅10^10年已经过去。

最近，斯洛文尼亚的一组物理学家声称在计算中已经发现了一个小错误，一个加快我们所知道的宇宙的终结到10^790年而不是10^794年的错误。虽然一个10000的因子的变化可能似乎宏大的，但它比来自计算的其他部分的不确定性远更小。最重要的是：这些不确定性没有一个是大到足以捷径过我们和真空衰变的恐怖之间躺着的纪元。

https://www.quantamagazine.org/vacuum-of-space-to-decay-sooner-than-expected-but-still-not-soon-20240722/