Первичные черные дыры могут быть катализаторами распада ложного вакуума. Так почему мы еще здесь?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Вопрос стабильности вакуума — один из краеугольных камней современной физики элементарных частиц. Представьте себе, что наша Вселенная подобна шарику, лежащему в небольшой ложбинке на склоне холма. Эта ложбинка — наш ложный вакуум, состояние, в котором мы существуем.

Казалось бы, шарик находится в устойчивом положении, но стоит его немного подтолкнуть, и он скатится вниз, в более глубокую «яму» — истинный вакуум, состояние с еще меньшей энергией. Такой «перекат» — это и есть распад ложного вакуума, квантовый фазовый переход, который может привести к катастрофическим последствиям, изменив фундаментальные законы физики и, возможно, уничтожив Вселенную, какой мы ее знаем.

Что же может выступить в роли такого толчка? Одним из кандидатов являются первичные черные дыры — гипотетические объекты, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва. Их существование предсказывается многими моделями ранней Вселенной, но пока не подтверждено наблюдениями. Эти черные дыры, в отличие от своих более массивных собратьев, обладают удивительной способностью: испаряясь за счет излучения Хокинга, они нагревают окружающую среду, создавая локальные «горячие точки». Температура в этих точках может значительно превышать среднюю температуру Вселенной, что делает их потенциальными инкубаторами для зарождения пузырьков истинного вакуума.

Первичная черная дыра и распад ложного вакуума, иллюстрация
Первичная черная дыра и распад ложного вакуума, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

До недавнего времени физики, изучающие влияние первичных черных дыр на стабильность вакуума, рассматривали два крайних случая: либо полное отсутствие окружающей среды (вакуум Унру), либо термодинамическое равновесие черной дыры с окружающей плазмой (вакуум Хартла-Хокинга). Однако ни одна из этих моделей не отражает реальной картины.

В своей недавней работе, группа ученых из Великобритании и Польши предложила новый подход к этой проблеме. Они учли тот факт, что испаряющиеся первичные черные дыры создают вокруг себя неоднородный температурный профиль. Излучение Хокинга, состоящее из частиц высоких энергий, взаимодействует с окружающей плазмой, локально повышая ее температуру. В результате формируется «горячая точка» с температурой, плавно переходящей от температуры Хокинга на горизонте событий до температуры окружающей среды на больших расстояниях.

Эскиз температурного профиля вокруг первичных черных дыр на протяжении всего процесса испарения
Эскиз температурного профиля вокруг первичных черных дыр на протяжении всего процесса испарения
Автор: Louis Hamaide, Lucien Heurtier, Shi-Qian Hu, Andrew Cheek, arxiv:2311.01869 [hep-ph], DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.01869 Источник: arxiv.org

Ученые показали, что учет этого температурного профиля может существенно изменить вероятность распада ложного вакуума вблизи первичных черных дыр. В частности, для черных дыр с массой меньше 2 грамм, вероятность распада оказывается намного выше, чем предсказывалось ранее. Более того, было обнаружено, что черные дыры с большей начальной массой, достигая определенного критического значения массы на поздних стадиях испарения, создают «горячие точки» с еще более высокой температурой, что дополнительно увеличивает вероятность распада вакуума.

Эти результаты имеют важные последствия как для космологии, так и для физики элементарных частиц. Если будущие эксперименты подтвердят метастабильность электрослабого вакуума (а именно в таком состоянии, согласно современным представлениям, находится наша Вселенная), то существование первичных черных дыр с определенными параметрами будет исключено. С другой стороны, если наблюдения подтвердят наличие первичных черных дыр в ранней Вселенной, это станет серьезным аргументом в пользу существования новой физики, которая стабилизирует наш вакуум и предотвращает его распад.

Ограничения на долю энергии PBH при образовании, β ′ PBH ≡ γ 1/2 (g⋆(Tf )/106.75)-1/4βPBH, как функция его массы. Область с оранжевой штриховкой представляет наиболее конкурентоспособное ограничение, полученное с использованием Tmax для температуры горячей точки, в то время как область с красной штриховкой обозначает наиболее консервативное ограничение с использованием Tplateau
Ограничения на долю энергии PBH при образовании, β ′ PBH == γ 1/2 (g⋆(Tf )/106.75)-1/4βPBH, как функция его массы. Область с оранжевой штриховкой представляет наиболее конкурентоспособное ограничение, полученное с использованием Tmax для температуры горячей точки, в то время как область с красной штриховкой обозначает наиболее консервативное ограничение с использованием Tplateau
Автор: Louis Hamaide, Lucien Heurtier, Shi-Qian Hu, Andrew Cheek, arxiv:2311.01869 [hep-ph], DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.01869 Источник: arxiv.org

Таким образом, изучение первичных черных дыр и их влияния на стабильность вакуума открывает новые горизонты в нашем понимании фундаментальных законов природы. Эта область исследований находится на стыке космологии и физики элементарных частиц, и дальнейшие открытия в этой области могут привести к пересмотру наших представлений о Вселенной и ее эволюции.

4 комментария

Добавить комментарий

a
Весь вакуум никакая черная дыра никуда не переведет. Не только через «небольшой барьер», но и в точку «рядышком в ложбинке». Когда симметрия нарушилась — все, деваться вакууму некуда. Банально не хватит энергии.
1
Во первых, вы не в курсе о чем речь. Фазовый переход вакуума — процесс самоподдерживающийся.
А во вторых, тот факт, что фазовый переход не произошел, и все мы живы — лишь доказывает, что первичных ЧД малой массы не существует. В третьих, уже проводили моделирование, и выяснили, что аккрецирующее вещество у горизонта событий (любая сингулярность скрыта горизонтом событий) полностью ингибирует процесс фазового перехода ложного вакуума в истинный.
a
Наличие масс у калибровочных бозонов доказывает, что переход произошел. Или что-то не так?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

✦ ИИ  Почему мороз рвет краны и трубы, а вода в колонках и водонапорных башнях не замерзает

Зимой небольшой кран во дворе или забытая на даче труба способны лопнуть после сильного мороза, а стоящая неподалеку уличная колонка продолжает работать как ни в чем не бывало. Еще удивительнее...

Почему виниловые пластинки вращаются на 33⅓ оборота, а не на ровных 33

Почему виниловая пластинка вращается со скоростью 33⅓ оборота в минуту, а не ровно 33? Ответ связан не с особым свойством винила: скорость существовала в профессиональной аппаратуре ещё до...

Двадцать канадских бобров привезли на Огненную Землю ради меха — их потомки начали перестраивать леса

В 1946 году на Огненную Землю доставили двадцать канадских бобров. Замысел выглядел вполне практично: животных выпустили возле озера Фаньяно, рассчитывая получить новую пушную отрасль на далёком...

Мобильный телефон в СССР ещё в 1957 году: что умел аппарат Куприяновича

В 1957 году московский инженер Леонид Куприянович представил переносной радиотелефон ЛК-1. С него можно было позвонить на обычный городской номер, даже находясь в автомобиле. Аппарат связывался по...

«Жучок» без батарейки: как советская разведка годами подслушивала американского посла

В кабинете американского посла в Москве годами висел деревянный герб США — подарок советских детей. За резным орлом скрывалось устройство, через которое можно было слушать разговоры в...

Какой домашний тренажер лучше всего помогает похудеть и подкачать тело: выбираем подходящий вариант

Похудеть, убрать живот, укрепить мышцы рук и ног, сделать фигуру более подтянутой можно и без регулярных походов в спортзал. Домашние тренировки вполне способны заменить часть занятий на фитнесе,...