Sciencemag.cz
Doporučujeme
Asi každý se už, minimálně ve sci-fi, setkal s názorem, že vesmír je vlastně fluktuace (např. v důsledku energie vakua), jako takový je nestabilní a jen podivnou náhodou vydržel existovat tak dlouho. Lucien Heurtier (Kings College London) na The Conversation nyní také tvrdí, že vesmír balancuje na tenké hraně „bytí“. Na vině má podle něj být konkrétně nestabilita Higgsova bosonu.
Jak se uvádí, Higgsův boson dodává částicím hmotnost (i když i to je poněkud složitější).
Higgsovo pole si podle Heurtiera můžete představit jako dokonale klidnou vodní lázeň, ve které se máčíme. Má identické vlastnosti v celém vesmíru. To znamená, že v celém vesmíru pozorujeme stejné hmotnosti a interakce (stejných částic tedy). Tato uniformita nám umožnila popisovat celý vesmír (v prostoru i v čase – což spolu vlastně souvisí) jedinou fyzikou.
Higgsovo pole se však pravděpodobně nenachází v nejnižším možném energetickém stavu. To znamená, že by teoreticky mohlo změnit svůj stav a (v určitém místě? všude?) klesnout do stavu s nižší energií. Takový proces by měl být naopak pravděpodobný, směřující do stabilnějšího stavu. Pokud by k tomu však došlo, dramaticky by to změnilo fyzikální zákony. Fázový přechod v Higgsově poli by podobně vytvořil nízkoenergetické bubliny vesmíru s úplně jinou fyzikou v nich. Je celkem jasné, že kdyby se kolem nás (a v nás) změnily vlastnosti elementárních částic, už bychom o tom nikomu nevyprávěli. Nicméně onoho fázového přechodu se až zase tolik bát nemusíme – vesmír není nestabilní, spíše metastabilní.
Higgsovo pole by k fázovému přechodu na nižší hladinu energie nejprve potřebovalo energii dodat. V přítomnosti vnějších zdrojů energie, jako jsou silná gravitační pole nebo horké plazma, si pole může tuto energii „vypůjčit“ a vytvářet bubliny snáze.
A teď – vždyť vesmír krátce po velkém třesku byl energie přímo plný.
„Nicméně v době, kdy byl vesmír velmi horký, byla sice k dispozici energie, která pomáhala tvořit Higgsovy bubliny, ale tepelné efekty také stabilizovaly Higgsovo pole tím, že změnily jeho kvantové vlastnosti. Proto toto teplo nemohlo vyvolat konec vesmíru, což je pravděpodobně důvod, proč jsme stále zde,“ uvádí L. Heurtier.
Až potud jde o fyzikální mainstream, nyní k samotnému novému výzkumu. Jeden zdroj tepla by přece jen stabilizován nebyl, a to primordiální černé díry. Tedy hypotetické objekty, které by v raném vesmíru vznikaly jinak než kolapsem hvězd. Primordiální černé díry by klidně mohly mít hmotnost pouhého gramu.
Existence takových lehkých černých děr je předpovědí mnoha teoretických modelů, které popisují vývoj vesmíru krátce po velkém třesku. Patří sem i některé modely inflace. Jenomže tyto lehké černé díry by se rychle vypařovaly Hawkingovým zářením, fungovaly by tedy jako zdroje tepla. Gravitační efekt (energie) primordiálních černých děr spolu s jejich vypařováním (další energie) by dodalo Higgsovu poli energii potřebnou k fázovému přechodu a tvorbě bublin.
„Pomocí kombinace analytických výpočtů a numerických simulací jsme ukázali, že díky existenci těchto horkých skvrn by primordiální černé díry neustále způsobovaly bublání Higgsova pole,“ tvrdí Heurtier.
Jenomže k ničemu takovému nedošlo (předpokládáme, že Higgsovo pole nemá nejnižší energii). Z toho vyplývá (má vyplývat), že bychom měli vyloučit kosmologické modely předpokládající existenci primordiálních černých děr, alespoň těch nejlehčích („nejteplejších, nejrychleji vyzařujících“, co by se do současnosti zdaleka nedochovaly). Samozřejmě je ale možné, že existenci primordiálních černých děr třeba zjistíme empiricky, najdeme jejich důkaz v dávném záření nebo v gravitačních vlnách. Co pak? Znamenalo by to nejspíš, že o Higgsově bosonu toho stále dost nevíme a existuje zde nějaká nová fyzika za Standardním modelem. Potvrzení existence Higgsova boson byla na jednu stranu triumfem Standardního modelu, ale stejně tak se Higgsův boson může stát i základem nové fyziky…
Louis Hamaide et al, Primordial Black Holes Are True Vacuum Nurseries, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2311.01869
přijato k publikaci ve Physical Letters B
Zdroj: Lucien Heurtier: The Higgs particle could have ended the universe by now—here’s why we’re still here, The Conversation / Phys.org
