Nuestro universo no es estable según los valores de medición en curso del quark top y masas de las partículas de Higgs. Existe una probabilidad no nula de que en cualquier instante en los próximos miles de millones de años del presente "falso vacío" cambiará a un "verdadero vacío" por efecto túnel cuántico, destruyendo toda la materia, la energía y el espacio-tiempo sin ningún tipo de aviso previo. Teóricamente, una transición de fase de primer orden se producirá por la nucleación de burbujas. Por lo general, las transiciones de fase están dominadas por las burbujas de nucleación sitios alrededor fijos, como las impurezas en el medio o imperfecciones en la vasija de contención.
Philipp Burda, de la Universidad de Durham, Reino Unido, y dos colegas han estudiado el efecto de las correcciones gravedad cuántica añadido al potencial de Higgs durante la fase de transición de la inestabilidad de vacío 1. Su resultado es increíble pequeños agujeros negros, pueden actuar como semillas de nucleación para la decadencia del vacío metaestable.
En el modelo estándar de todos los parámetros cambian con la μ escala de energía. El campo de Higgs tiene un potencial de cuarto grado V (h) ≈ λ (μ) h 4 con un λ acoplamiento positivo (m H) en la escala electrodébil μ ≈ m H. Suponiendo que no hay física más allá del modelo estándar de la física de partículas existe entre la electrodébil y la escala de Planck, las ecuaciones de grupo de renormalización muestran que λ (μ) se convierte en negativo para mu cerca de 10 10 GeV. Por lo tanto, hay un nuevo vacío de baja energía, un verdadero vacío, y nuestro universo vive en un metaestable (falsa) de vacío.
La probabilidad muy pequeña de túnel cuántico entre lo falso y lo verdadero vacua es tal que el tiempo de vida de nuestro vacío es más largo que la edad del universo 2.
Incertidumbres experimentales actuales en el quark top y la partícula de Higgs son grandes, por lo que este metaestabilidad de vacío podría ser sólo aparente. Por otra parte, puede haber física más allá del modelo estándar de la física de partículas que podrían estabilizar el universo.
La inestabilidad del vacío es una transición de fase de primer orden como se muestra por Coleman y de Luccia 3.
Este tipo de transición de fase se produce por nucleación de burbujas.
La formación de una burbuja cuesta energía porque una pared con la energía y la tensión se forma como una barrera entre el vacua falso y verdadero.
Esta energía está equilibrada por la que se obtiene por el volumen de verdadero vacío dentro de la burbuja.
Por lo tanto, existe una probabilidad no nula de que por efecto túnel cuántico (una solución instantón) una burbuja de vacío de baja energía venga a existir por casualidad.Una vez que la burbuja forma su crecimiento es energéticamente favorable y se expande a casi la velocidad de la luz destruyendo todo a su alrededor.
El análisis de la estabilidad del vacío de nuestro universo se basa en el modelo estándar sin tener en cuenta la interacción gravitatoria. Todavía no tenemos la versión final de la teoría cuántica de la gravedad, por lo Burda y sus colegas utilizaron una teoría cuántica de campos efectiva para extender los resultados de Coleman y de Luccia bajo la aproximación de pared delgada de las burbujas de vacío. Descubrieron una masa crítica de los agujeros negros, alrededor de 10-100 veces la masa de Planck, de tal manera que un nuclea burbuja fuera del agujero negro sustituyéndolo por cierto vacío.
Los resultados de masa crítica a partir de la tasa de descomposición de vacío superior a la tasa de evaporación de Hawking para el agujero negro.
De hecho, los agujeros negros micro pueden acelerar enormemente la tasa de descomposición de un vacío Higgs metaestable al actuar como sitios de nucleación.
El análisis de Burda y sus colegas es preliminar, basado en la aproximación de pared delgada de la burbuja de vacío y una teoría efectiva para el potencial de Higgs modificado por gravedad. La figura 2 muestra que para una gran familia de modelos de la falsa tasa de nucleación de vacío supera la tasa de evaporación de Hawking de los agujeros negros con masas micro de decenas de la masa de Planck. El análisis requiere varias suposiciones.
En un preprint inédito estos autores han considerado un análisis más allá de la aproximación de pared delgada. Para pared gruesa burbujas de las principales conclusiones no cambian, por lo tanto, son robustos bajo pequeñas incertidumbres de los parámetros. Sin embargo, otros estudios numéricos del espacio de parámetros potencial de Higgs son necesarios para entender si el resultado es sólo un problema para un pequeño rincón del espacio de parámetros o el efecto es generalizado en toda la región metaestable del potencial de Higgs.
En resumen, la presencia de cualquier micro agujeros negros puede llegar a desencadenar una transición de fase catastrófica de nuestro modelo estándar. Los resultados analíticos de Burda y sus colegas sirven como prueba de principio de que la cuestión de la metaestabilidad de nuestro universo no puede ser tan simple como se pensaba inicialmente.
Referencias
- Philipp Burda, Ruth Gregory, Ian G. Moss, "metaestabilidad vacío con agujeros negros," Physical Review Letters 115: 071 303 13 Agos 2015, doi: 10.1103 /PhysRevLett.115.071303, arXiv: 1501.04937. [Hep-th] ↩
- Joan Elias-Miró et al, "Higgs implicaciones masivas en la estabilidad del vacío electrodébil," Physics Letters B 709:. 222 a 228, 19 de marzo 2012, doi: 10.1016 /j.physletb.2012.02.013, arXiv: 1112.3022 [ hep-ph]. ↩
- Sidney Coleman, Frank De Luccia, "efectos gravitacionales sobre y de la decadencia de vacío," Physical Review D 21: desde 3305 hasta 3315, 1980, doi: 10.1103 /PhysRevD.21.3305. ↩
- Philipp Burda, Ruth Gregory, Ian Moss, "metaestabilidad vacío con los agujeros negros", preimpresión presentado el 25 mar 2015, arXiv: 1503.07331. [Hep-th] ↩
