Simulacije o koncu vesolja

Tole ne bo enostavno brati. Fiziki so s kvantno simulacijo odkrili pojav, povezan s koncem vesolja. Dr. Jaka Vodeb z Instituta »Jožef Stefan« je skupaj s kolegi iz Velike Britanije in Nemčije s kvantno simulacijo pridobil dragocen vpogled v znan fizikalni pojav, to je razpad lažnega vakuuma. Če so pionirske raziskave pred 50 leti predlagale, da je vesolje morda ujeto v lažnem vakuumu, so raziskave s kvantno simulacijo podale nov uvid v mehanizem prehoda v bolj stabilno stanje pravega vakuuma. S temi ugotovitvami bi vesolje popolnoma spremenilo svojo strukturo, svet, kot ga poznamo, pa bi se sesul kot hišica iz kart. Vendar, šele čez milijarde in milijarde let.

Fiziki so se dolgo spraševali, ali se lahko zgodi proces razpada lažnega vakuuma, in če se lahko, koliko časa bi to trajalo. Raziskave na novih napravah in strojni opremi so jim omogočile nova spoznanja. Kvantni računalnik oz. t. i. kvantni žarilnik je znanstvenikom iz Slovenije, Velike Britanije in Nemčije omogočil opazovanje zapletenega »plesa« mehurčkov, ki vključuje njihovo nastajanje, rast in interakcijo v realnem času. To naj bi bil eden prvih primerov, ko so znanstveniki lahko neposredno simulirali in opazovali dinamiko lažnega vakuumskega razpada v tako velikem merilu.

V raziskavi, ki so jo opravili Univerza v Leedsu, Forschungszentrum Jülich, kjer je svoje podoktorsko usposabljanje opravljal dr. Jaka Vodeb z Instituta »Jožef Stefan«, in Avstrijski inštitut za znanost in tehnologijo (ISTA), so poskušali razumeti ključno uganko lažnega vakuumskega razpada in mehanizem, ki je v ozadju. Eksperiment je vključeval postavitev 5564 kubitov – osnovnih gradnikov kvantnega računalništva – v posebne konfiguracije, ki predstavljajo lažni vakuum. S skrbnim nadzorom sistema so raziskovalci lahko sprožili prehod iz lažnega v pravi vakuum, kar odraža nastanek mehurčkov, kot ga opisuje teorija razpada lažnega vakuuma.

Za razumevanje lažnega vakuuma obstaja analogija s plastenko vode: najprej napolnite plastenko z destilirano vodo in jo za nekaj ur postavite v zamrzovalnik. Voda v plastenki, v kateri ni prahu ali kemikalij, ki bi sprožile kristalizacijo v led, lahko ostane tekoča pod običajno točko zmrzovanja. To je metastabilno stanje. Ko plastenko vzamete iz zmrzovalnika in jo potresete, bo prekomerno ohlajena voda takoj zamrznila v led in tako prešla v stabilno stanje.

Čeprav bi ta proces lahko sprožil pomembno spremembo v strukturi vesolja, se strokovnjaki strinjajo, da je napovedovanje časovnega poteka težavno, vendar se bo verjetno zgodil v astronomsko dolgem obdobju, ki lahko traja več milijonov in celo milijard let. Kar danes posebej razveseljuje, je dejstvo, da imajo raziskovalci nova orodja, kvantne računalnike, ki lahko učinkovito služijo kot namizni »laboratorij« za razumevanje temeljnih dinamičnih procesov v vesolju. Prepričani so, da ima raziskava poleg pomena za kozmologijo tudi praktične posledice za razvoj kvantnega računalništva. Ali kot razlaga dr. Jaka Vodeb: »Ta odkritja ne le premikajo meje znanstvenega znanja, temveč tudi utirajo pot prihodnjim tehnologijam, ki bi lahko korenito spremenile področja, kot so kriptografija, znanost o materialih in energetsko učinkovito računalništvo.«

Članek v reviji Nature Physics je bil deležen izrednega zanimanja, raziskave pa se že nadaljujejo.