Forskere simulerer kvanteeffekt, der frygtes at kunne udslette universet

I kvantefysikken eksisterer der en tilstand med endnu lavere energi end det tomme rum, kaldet et ægte vakuum. Denne tilstand er stabil, fordi den har den absolut laveste energi. Et falsk vakuum – eller metastabil tilstand – er derimod en hypotetisk tilstand, der ser stabil ud, men endnu ikke har nået sin mest stabile form.

Hvis vores univers befandt sig i en sådan falsk vakuumtilstand, frygter forskere, at en pludselig kædereaktion kunne udløse et falsk vakuum-henfald. Dette ville kunne føre til en brat og uigenkaldelig ødelæggelse af hele universet – en katastrofe, som nogle fysikere mener er mulig, om end ekstremt usandsynlig.

Forskere simulerer falsk vakuum-henfald i laboratoriet

Et nyt studie, publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters, viser, hvordan kinesiske forskere har gennemført et eksperiment, der simulerer denne farlige kvanteeffekt i et laboratorium. Ved hjælp af en såkaldt “bordtop-eksperiment” har de skabt grundlaget for fremtidig forskning i, hvorvidt universet kan blive udslettet på et øjeblik.

Siden 1970’erne har teorier foreslået, at et falsk vakuum kan omdannes til et ægte vakuum gennem en proces kaldet kvante-tunneling. Dette fænomen gør det muligt for partikler at passere energibarrierer uden at have den nødvendige energi. Med andre ord: Partikler kan “gennemtrænge” barrierer, som de ellers ikke burde kunne overvinde.

«Vi kan ikke teste denne teori på universel skala, men udviklingen af kontrollerbare kvantesimulatorer giver os mulighed for at genskabe og studere disse dramatiske tunneleringsbegivenheder i laboratorieeksperimenter.»
— Meng Khoon Tey, fysiker ved Tsinghua Universitet

Nyheden kommer efter, at forskere tidligere har brugt en kraftig kvantecomputer til at simulere et falsk vakuum-henfald, som beskrevet i en artikel fra 2025.

Eksperimentet: Atomer i ringformation afslører kvanteprocessen

I det nye eksperiment opstillede forskerne en ring af Rydberg-atomer, hvis yderste elektroner befinder sig i de højeste energiniveauer, de kan opretholde uden at forlade atomet. Disse atomer blev arrangeret, så de frastødte hinanden, hvilket betød, at deres spin-tilstande løb i modsatte retninger.

Ved at anvende en laser brød forskerne bevidst denne ring for at simulere en falsk vakuumtilstand. Ved at belyse vekslende atomer med præcisionslasere skabte de et tilpasset energilandskab med tydelige “falske” og “ægte” vakuumtilstande. Dette gjorde det muligt at observere kvante-tunneleringsprocessen i realtid.

Forskerne opdagede, at jo stærkere den symmetri-brydende laser var, desto hurtigere henfaldt den simulerede vakuumtilstand. Dette understøtter eksisterende kvantefeltteori. Derudover observerede de, at systemet dannede en “boble”, der indeholdt en ægte vakuumtilstand indeni. Dette gør overgangen til en lavere energitilstand mere sandsynlig.

«Dette eksperiment baner vejen for at demonstrere de grundlæggende dynamikker i laboratoriet,» siger Tey. «Det er et skridt på vejen mod fremtidig forskning inden for dette område.»

Hvad betyder dette for vores forståelse af universet?

Selvom risikoen for, at vores univers befinder sig i et falsk vakuum, er forsvindende lille, giver eksperimentet ny indsigt i, hvordan sådanne processer kan foregå. Det åbner også døren for yderligere undersøgelser af kvantefænomener, der kan have afgørende betydning for vores forståelse af rum og tid.

Tidligere har forskere også gjort opsigtsvækkende fund inden for kvantefysikken, herunder opdagelsen af “mørke punkter”, der bevæger sig hurtigere end lysets hastighed.