In einer bahnbrechenden Simulation hat ein internationales Team von Physikern die potenzielle Übergang des Universums von einem falschen Vakuum in einen Zustand des wahren Vakuums modelliert. Dieses Ereignis würde, falls es eintritt, die Struktur des Kosmos grundlegend verändern.
Vor etwa 50 Jahren wurde in der Quantenfeldtheorie die These aufgestellt, dass unser Universum in einem falschen Vakuum gefangen sein könnte, einem scheinbar stabilen Zustand, der in ein echtes Vakuum mit niedrigerer Energie zusammenbrechen könnte. Obwohl dies auf menschlichen Zeitskalen unwahrscheinlich ist, könnte dieser Prozess die fundamentalen Konstanten des Universums augenblicklich verändern und zu seinem Zusammenbruch führen.
Unter der Leitung von Professor Zlatko Papic von der Universität Leeds und Dr. Jaka Vodeb vom Jülicher Supercomputing Centre setzte das Team einen Quanten-Annealing-Algorithmus ein und verwendete ein 5564-Qubit-Gerät, das von D-Wave Quantum Inc. entwickelt wurde. Dieser "Kühlschrank" modellierte das Verhalten von Blasen innerhalb eines falschen Vakuums, die den Übergang in einen neuen Zustand des Universums auslösen könnten.
"Wir sprechen von einem Prozess, bei dem das Universum seine Struktur vollständig verändern würde. Die fundamentalen Konstanten könnten sich augenblicklich verändern, und die Welt, wie wir sie kennen, würde wie ein Kartenhaus zusammenbrechen", sagte Professor Papic und betonte die Tragweite der Entdeckung.
Die Simulation visualisierte die Bildung und Ausdehnung von Blasen in einem falschen Vakuum, ähnlich wie sich Flüssigkeitsblasen in abgekühltem Wasserdampf bilden. Diese Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie ähnliche Prozesse kurz nach dem Urknall stattgefunden haben könnten und wie sie die zukünftige Entwicklung des Universums beeinflussen könnten.
Dr. Jean-Yves Desaules, Co-Autor und Postdoktorand am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), verglich es mit einer Achterbahn mit mehreren Tälern, von denen nur eines den Zustand der niedrigsten Energie darstellt. "Wenn dieses Modell richtig ist, würde die Quantenmechanik es dem Universum ermöglichen, schließlich in diesen Zustand des wahren Vakuums zu fallen, was ein katastrophales Ereignis auf kosmischer Ebene auslösen würde."
Die in diesem Monat in Nature Physics veröffentlichte Studie markiert einen Meilenstein für das Verständnis der Quantendynamik und einen bedeutenden Fortschritt bei der Entwicklung dieser Systeme. Die Forscher glauben, dass die Analyse dieser Übergänge ihre Fähigkeit verbessern wird, Fehler zu beheben und komplexe Probleme zu lösen, mit Anwendungen in der Kryptographie, der Materialwissenschaft und der Recheneffizienz.
"Diese Fortschritte erweitern nicht nur die Grenzen unseres Wissens, sondern öffnen auch die Tür zu zukünftigen Technologien, die mehrere Bereiche revolutionieren könnten", schloss Dr. Vodeb. Die Forschung, die vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) und dem Leverhulme Trust finanziert wird, zeigt, dass die Erforschung der Geheimnisse des Universums nicht immer Multi-Millionen-Dollar-Experimente in großen Teilchenbeschleunigern erfordert. Quanten-Annealing-Algorithmen könnten zu Tischlaboratorien für die Untersuchung grundlegender kosmischer dynamischer Prozesse werden.