कॉस्मिक लॉकडाउन: डिकोहेरन्स क्वांटम क्षेत्रांना निर्वातात कसे अडकवू शकते

निर्वात हा शब्द जितका रिकामेपणा दर्शवतो तितका तो प्रत्यक्षात क्वचितच असतो. वैश्विकशास्त्रात, निर्वात म्हणजे अशी स्थिती ज्यामध्ये एखादे क्षेत्र त्याच्या ऊर्जेच्या किमान बिंदूवर स्थिर असते — ऊर्जेपासून पूर्णपणे मुक्त केलेला प्रदेश नव्हे, तर एक दरीचा तळ जिथे क्षेत्र विश्रांती घेऊ शकते. एका नवीन अभ्यासात असा युक्तिवाद केला आहे की अशा क्षेत्राभोवतीचे वातावरण लॉकडाउनसारखे कार्य करू शकते, ज्यामुळे ते अधिक खोल, कमी-ऊर्जेच्या स्थितीत कधीही सुटू शकत नाही.

जर्नल ऑफ कॉस्मोलॉजी अँड अॅस्ट्रोपार्टिकल फिजिक्समध्ये प्रकाशित हे काम रॉबसन क्रिस्टी, जेवू जू, ग्रेग कॅप्लेनेक, व्हिन्सेंट वेनिन आणि डेव्हिड वॉन्ड्स यांनी केले आहे. सरलीकृत वैश्विक मॉडेल वापरून, संघाने एका दृष्टिकोनातून साध्या वाटणाऱ्या प्रश्नाचे उत्तर देण्याचा प्रयत्न केला: विस्तारत असलेल्या विश्वात, क्वांटम क्षेत्र कोणत्या निर्वातात संपेल हे काय ठरवते?

त्यांचे उत्तर डिकोहेरन्सवर आधारित आहे — ही अशी प्रक्रिया आहे ज्याद्वारे क्वांटम प्रणाली आपल्या आसपासच्या वातावरणाशी संपर्कातून आपले नाजूक फेज संबंध गमावते. कमी ऊर्जा स्थितीकडे मार्ग मोकळा करण्याऐवजी, डिकोहेरन्स तो मार्ग बंद करू शकते आणि क्षेत्राला ते आधीच व्यापलेल्या निर्वातात प्रभावीपणे बंदिस्त करू शकते.

वैश्विकशास्त्रज्ञ निर्वात म्हणजे नेमके काय म्हणतात

पोर्ट्समथ विद्यापीठातील इन्स्टिट्यूट ऑफ कॉस्मोलॉजी अँड ग्रॅव्हिटेशनचे प्राध्यापक डेव्हिड वॉन्ड्स या शब्दाचा दैनंदिन अर्थ टाळण्यासाठी काळजी घेतात. वैश्विक निर्वात, ते स्पष्ट करतात, ऊर्जेपासून पूर्णपणे रिकामा प्रदेश नाही. ती अशी स्थिती आहे ज्यामध्ये एखादे क्षेत्र त्याच्या ऊर्जेच्या किमान बिंदूवर स्थिर असते.

हा फरक महत्त्वाचा आहे कारण ऊर्जा-भूदृश्यात एकापेक्षा जास्त किमान बिंदू असू शकतात. खरे निर्वात सर्वात कमी शक्य किमान बिंदू दर्शवते — उपलब्ध असलेली सर्वात खोल दरी. परंतु त्याच्या जोडीला उथळ खड्डे, ज्यांना खोटे निर्वात म्हणतात, अस्तित्वात असू शकतात.

वेगवेगळ्या खोलीच्या दऱ्यांचे भूदृश्य कल्पना करा. उथळ दरीत बसलेली गोष्ट तिथे अनिश्चित काळासाठी अडकून राहू शकते, जरी नकाशावर दुसरीकडे खालचा बिंदू अस्तित्वात असला तरी. खोल दरी तत्त्वतः पोहोचता येण्यासारखी नाही असे नाही; तर सध्याच्या दरीतून बाहेर पडण्याचा मार्ग मुक्तपणे उपलब्ध नाही.

क्षेत्रे, कण आणि त्यामागील यंत्रणा

क्वांटम क्षेत्रे ही येथे गुंतलेली मूलभूत वस्तू आहेत आणि ती विश्वभर व्याप्त आहेत. त्यांच्या वर्तनाची तुलना अनेकदा परिचित शास्त्रीय क्षेत्रांशी केली जाते, जसे चुंबकीय क्षेत्र, जे अवकाशातील प्रत्येक बिंदूवर एक मूल्य धारण करते आणि ज्याची तीव्रता ठिकाणानुसार बदलते. क्वांटम क्षेत्रेही समान तर्क अनुसरतात, परंतु एका निर्णायक फरकासह: त्यांची उत्तेजने कण म्हणून प्रकट होतात.

त्यामुळे, क्षेत्र कुठे स्थिरावते हा प्रश्न केवळ अमूर्त हिशेबाचा व्यायाम नाही. तो कोणत्या प्रकारचे कण अस्तित्वात आहेत आणि ते कसे वागतात यावर थेट परिणाम करतो.

• खरे निर्वात म्हणजे क्षेत्रासाठी उपलब्ध असलेला सर्वात कमी-ऊर्जेचा किमान बिंदू.
• खोटे निर्वात हे स्थानिक किमान बिंदू आहेत — क्षेत्राला जागी धरून ठेवण्याइतके स्थिर, परंतु सर्वात खोल पर्याय नव्हे.
• क्षेत्र ज्या वातावरणाशी संवाद साधते ते ते या किमान बिंदूंमध्ये हलते की नाही हे घडवू शकते.

हिग्स क्षेत्र प्रश्नाला मूर्त स्वरूप देते

लेखक निर्वात निवडीबद्दल काळजी करण्याचे सर्वात परिचित कारण म्हणून हिग्स क्षेत्राकडे लक्ष वेधतात. हिग्स क्षेत्र त्याच्या निर्वात स्थितीत जे मूल्य धारण करते ते स्टँडर्ड मॉडेलमधील कणांना वस्तुमान देण्यास मदत करते; स्टँडर्ड मॉडेल ही ज्ञात मूलभूत कण आणि चारपैकी तीन मूलभूत बलांचे वर्णन करणारी चौकट आहे. ते कमी ऊर्जांवरील भौतिकशास्त्राची रचना ठरवण्यासही मदत करते.

स्टँडर्ड मॉडेलवर आधारित काही गणिते अशी शक्यता उपस्थित करतात की हिग्स क्षेत्र त्याला उपलब्ध असलेल्या सर्वात कमी ऊर्जा स्थितीत नाही. त्याऐवजी, ते खोट्या निर्वातात बसलेले असू शकते. अतिशय मोठ्या क्षेत्र-मूल्यांवर, त्याच गणितांनुसार, दुसरा आणि अधिक खोल किमान बिंदू अस्तित्वात असू शकतो.

हा नवीन अभ्यास थेट हिग्स क्षेत्राच्या नशिबाबद्दलचे विधान नाही. तो क्षेत्र कुठे स्थिरावते हे ठरवणाऱ्या सर्वसाधारण यंत्रणेची व्यापक चौकशी आहे — संबंधित भौतिकशास्त्र वेगळे करण्यासाठी सरलीकृत मॉडेल वापरून.

लॉकडाउन यंत्रणा म्हणून डिकोहेरन्स

मुख्य निष्कर्ष क्वांटम टनेलिंगशी संबंधित आहे, ही अशी प्रक्रिया ज्याद्वारे क्षेत्र एका किमान बिंदूवरून दुसऱ्यावर जाऊ शकते, त्यांच्यातील अडथळा ओलांडण्याइतकी ऊर्जा नसतानाही. खोट्या निर्वातात अडकलेल्या क्षेत्राला अधिक खोल स्थितीकडे जाण्यास सामान्यतः टनेलिंगच अनुमती देईल.

अभ्यास सुचवतो की डिकोहेरन्स त्या टनेलिंगला दाबू शकते. जसे क्षेत्र त्याच्या वातावरणाशी गुंतागुंतत जाते आणि क्वांटम सुसंगती गमावते, तसे त्याला अडथळ्यापलीकडे नेणारे संक्रमण कमी शक्य होत जाते. परिणामी, क्षेत्र ते ज्या निर्वातात पोहोचले आहे त्यालाच खिळले जाते.

हे निर्वात स्थिरतेबद्दल आपण कसे विचार करतो याची पुनर्रचना करते. अस्थिरता अनेकदा केवळ ऊर्जा-भूदृश्याचा गुणधर्म मानली जाते — दऱ्या किती खोल आहेत आणि त्यांच्यातील अडथळे किती उंच आहेत. नवीन विश्लेषण सुचवते की त्या हिशेबात वातावरणाला स्थान मिळायला हवे, कारण क्षेत्र भूदृश्य शोधू शकते की नाही हे ते ठरवू शकते.

विस्तार सेटिंग बदलतो

हा अभ्यास स्पष्टपणे वैश्विक आहे, याचा अर्थ पार्श्वभूमी स्थिर पेटी नाही तर विस्तारत असलेले विश्व आहे. लेखकांनी सरलीकृत मॉडेल वापरून त्या परिस्थितीत क्षेत्राचे निर्वात-गंतव्य काय नियंत्रित करते याचा शोध घेतला, मर्यादित शासनांमधील वर्तन तपासले — ज्यात अॅडियाबॅटिक मर्यादा समाविष्ट आहे ज्यामध्ये संबंधित गतिशीलता क्षेत्राच्या स्वतःच्या कालमापनांच्या तुलनेत हळू बदलते.

हे सरलीकरण जाणीवपूर्वक केले आहे. विस्तारत असलेल्या विश्वात क्वांटम क्षेत्रांचे संपूर्ण हाताळणी अत्यंत गुंतागुंतीची आहे, आणि समस्या सोपी करून संशोधकांना परिणाम नियंत्रित करणारे घटक वेगळे करता येतात. त्याची किंमत ही आहे की परिणाम कोणत्याही विशिष्ट क्षेत्रासाठी अचूक अंदाज नसून यंत्रणेचे मार्गदर्शक आहेत.

निष्कर्ष का महत्त्वाचा आहे

जर डिकोहेरन्स खरोखर टनेलिंगला अडवू शकत असेल, तर त्याचे परिणाम बाहेर पसरतात. निर्वात निवड आता केवळ कोणता किमान बिंदू सर्वात खोल आहे यावर ठरत नाही. एकसारखे ऊर्जा-भूदृश्य असलेले विश्वाचे दोन प्रदेश, त्यांची क्षेत्रे वातावरणापासून किती प्रबळपणे डिकोहेर झाली आहेत यावर अवलंबून वेगवेगळ्या निर्वातांमध्ये संपू शकतात.

हे विश्व आपण पाहत असलेल्या स्थितीत कसे स्थिरावले याबद्दलच्या वैश्विकशास्त्राच्या व्यापक कथेसाठी, आणि क्षेत्र तळाशी विश्रांती घेण्याऐवजी खोट्या निर्वातात बसलेले आहे अशा परिदृश्यांना आपण किती गांभीर्याने घ्यावे यासाठी महत्त्वाचे ठरू शकते. हे क्वांटम सिद्धांत आणि वैश्विकशास्त्राच्या सीमेवर असलेला प्रश्नही अधिक स्पष्ट करते: क्वांटम प्रणाली संभाव्यतेच्या सुपरपोझिशनसारखे वागणे कधी थांबवते आणि एकच, स्थिर स्थितीसारखे वागू लागते?

हा अभ्यास तो प्रश्न संपवत नाही. परंतु तो एक मूर्त यंत्रणा देतो — क्वांटम टनेलिंगवर ब्रेक म्हणून कार्य करणारे पर्यावरणीय डिकोहेरन्स — आणि अशी चौकट ज्यामध्ये वातावरण दुर्लक्ष करण्यासारखा त्रास नसून क्षेत्र कोणत्या निर्वाताला घर म्हणते यातील निर्णायक घटक आहे.

हा लेख Phys.org च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.