揭开量子之谜：科学家首次获得真空衰变的实验证据

IT之家 1 月 25 日消息，由纽卡斯尔大学（Newcastle University）科学家参与的国际团队，近日在意大利完成实验，首次获得了真空衰变的实验证据。

根据量子场论，一个不太稳定的状态转变为真正稳定的状态，这种现象称之为“假真空衰变”（false vacuum decay），主要产生局部小气泡（也称为“弹跳”）而发生的。

虽然现有的理论研究可以预测这种气泡形成的频率，但还没有太多的实验证据，现在该国际团队在精心控制的原子系统中，首次观测到了这些气泡的形成。

研究结果发表在《自然-物理》杂志上，提供了量子系统中通过假真空衰变形成气泡的实验证据。

这些发现得到了理论模拟和数值模型的支持，证实了衰变及其热激活的量子场起源，为模拟原子系统中的非平衡量子场现象开辟了新的道路。

实验使用的过冷气体温度与绝对零度相差不到 1 microkelvin（百万分之一度）。纽卡斯尔大学的伊恩・莫斯（Ian Moss）教授和汤姆-比拉姆（Tom Billam）博士最终证明，这些气泡是热激活真空衰减的结果。

纽卡斯尔大学数学、统计和物理学院理论宇宙学教授伊恩・莫斯（Ian Moss）说：

真空衰变被认为在宇宙大爆炸中创造空间、时间和物质的过程中起到了核心作用，但到目前为止还没有任何实验测试。在粒子物理学中，希格斯玻色子的真空衰变将改变物理定律，产生被称为“终极生态灾难”（ultimate ecological catastrophe）的现象。

这项研究为了解早期宇宙以及铁磁量子相变开辟了新途径。这项开创性的实验只是探索真空衰变的第一步。该团队的最终目标是找到绝对零度温度下的真空衰变，这一过程完全由量子真空波动驱动。

IT之家附上参考链接如下： 

• Zenesini, A., Berti, A., Cominotti, R. et al. False vacuum decay via bubble formation in ferroma.NETic superfluids. Nat. Phys. (2024).