Higgsova částice už mohla ukončit existenci vesmíru. Tady je důvod, proč tu stále jsme

Ačkoli se může zdát, že náš vesmír je stabilní a existuje již neuvěřitelných 13,7 miliardy let, několik experimentů naznačuje, že je v ohrožení, respektive kráčí po okraji velmi nebezpečného útesu. Za vše může nestabilita jediné základní částice: Higgsova bosonu.

V novém výzkumu, který byl právě přijat k publikaci v časopise Physical Letters B je ukázáno, že některé modely raného vesmíru, ty, které zahrnují objekty zvané lehké primordiální černé díry, pravděpodobně nejsou správné, protože by již nyní spustily Higgsův boson a ukončily by vesmír.

Higgsův boson je zodpovědný za hmotnost a interakce všech částic, které známe. To proto, že hmotnosti částic jsou důsledkem interakce elementárních částic s polem, kterému se říká Higgsovo pole. Protože Higgsův boson existuje, víme, že pole existuje.

Toto pole si můžete představit jako dokonale klidnou vodní lázeň, ve které se máčíme. Má identické vlastnosti v celém vesmíru. To znamená, že v celém vesmíru pozorujeme stejné hmotnosti a interakce. Tato uniformita nám umožnila pozorovat a popisovat stejnou fyziku po několik tisíciletí (astronomové se obvykle dívají zpět v čase).

Higgsovo pole se však pravděpodobně nenachází v nejnižším možném energetickém stavu, ve kterém by se mohlo nacházet. To znamená, že by teoreticky mohlo změnit svůj stav a v určitém místě klesnout do stavu s nižší energií. Pokud by k tomu však došlo, dramaticky by to změnilo fyzikální zákony. Taková změna by představovala to, čemu fyzici říkají fázový přechod. K tomu dochází, když se voda mění v páru a vznikají přitom bubliny. Fázový přechod v Higgsově poli by podobně vytvořil nízkoenergetické bubliny prostoru, v nichž by se nacházela zcela jiná fyzika.

V takové bublině by se náhle změnila hmotnost elektronů, a tím i jejich interakce s ostatními částicemi. Protony a neutrony, které tvoří atomové jádro a jsou složeny z kvarků, by se náhle vykloubily. V podstatě každý, kdo by takovou změnu zažil, by ji už pravděpodobně nebyl schopen zaznamenat.

Neustálé riziko

Nedávná měření hmotností částic z Velkého hadronového urychlovače (LHC) v Cernu naznačují, že taková událost by mohla být možná. Ale nepropadejte panice, může k ní dojít až za několik tisíc miliard miliard let po našem odchodu do důchodu. Proto se na chodbách kateder částicové fyziky obvykle říká, že vesmír není nestabilní, ale spíše „metastabilní“, protože konec světa v dohledné době nenastane.

K vytvoření bubliny potřebuje Higgsovo pole dobrý důvod. Díky kvantové mechanice, teorii, která řídí mikrokosmos atomů a částic, energie Higgsova pole neustále kolísá. A je statisticky možné (i když nepravděpodobné, a proto to trvá tak dlouho), že Higgsovo pole čas od času bublinu vytvoří.

V přítomnosti vnějších zdrojů energie, jako jsou silná gravitační pole nebo horké plazma (forma hmoty tvořená nabitými částicemi), je však situace jiná: pole si může tuto energii vypůjčit a snáze vytvářet bubliny. Ačkoli tedy není důvod očekávat, že Higgsovo pole dnes tvoří četné bubliny, velkou otázkou v kontextu kosmologie je, zda extrémní prostředí krátce po velkém třesku mohlo takové bubliny vyvolat.

Nicméně v době, kdy byl vesmír velmi horký, byla sice k dispozici energie, která napomáhala tvorbě Higgsových bublin, ale tepelné efekty také stabilizovaly Higgsovo pole tím, že změnily jeho kvantové vlastnosti. Proto toto teplo nemohlo vyvolat konec vesmíru, což je pravděpodobně důvod, proč jsme stále zde.

Prvotní černé díry

V novém výzkumu jsme však ukázali, že existuje jeden zdroj tepla, který by takové bubliny (bez stabilizačních tepelných efektů pozorovaných v počátcích po velkém třesku) neustále vyvolával. Jsou to primordiální černé díry, typ černých děr, které vznikly v raném vesmíru kolapsem příliš hustých oblastí časoprostoru.

Na rozdíl od normálních černých děr, které vznikají při kolapsu hvězd, mohly být primordiální černé díry nepatrné, lehké jako gram. Existence takových lehkých černých děr je předpovědí mnoha teoretických modelů, které popisují vývoj vesmíru krátce po velkém třesku. Patří sem i některé inflační modely, které předpokládají, že vesmír po velkém třesku obrovsky narostl.

Prokázání této existence má však velkou výhradu: Stephen Hawking v 70. letech 20. století prokázal, že díky kvantové mechanice se černé díry pomalu vypařují tím, že vyzařují záření přes svůj horizont událostí (bod, ze kterého nemůže uniknout ani světlo). Hawking ukázal, že černé díry se ve vesmíru chovají jako zdroje tepla, jejichž teplota je nepřímo úměrná jejich hmotnosti. To znamená, že lehké černé díry jsou mnohem teplejší a vypařují se rychleji než ty hmotné.

Zejména pokud by v raném vesmíru vznikly primordiální černé díry lehčí než několik tisíc miliard gramů (10 miliardkrát menší než hmotnost Měsíce), jak předpokládají mnohé modely, už by se dávno vypařily. V přítomnosti Higgsova pole by se takové objekty chovaly jako příměsi v šumivém nápoji, pomáhaly by tekutině tvořit plynové bubliny tím, že by přispívaly k její energii prostřednictvím gravitačního efektu (díky hmotnosti černé díry) a okolní teploty (díky jejímu Hawkingovu záření).

Když se primordiální černé díry vypařují, lokálně ohřívají vesmír. Vyvíjely by se uprostřed horkých míst, která by mohla být mnohem teplejší než okolní vesmír, ale stále chladnější než jejich typická Hawkingova teplota. Pomocí kombinace analytických výpočtů a numerických simulací jsme ukázali, že díky existenci těchto horkých skvrn by neustále způsobovaly bublání Higgsova pole.

Ale stále jsme tady. To znamená, že je velmi nepravděpodobné, že by takové objekty někdy existovaly. Ve skutečnosti bychom měli vyloučit všechny kosmologické scénáře předpovídající jejich existenci. Samozřejmě pokud neobjevíme nějaké důkazy o jejich minulé existenci v dávném záření nebo gravitačních vlnách. Pokud se nám to podaří, může to být ještě zajímavější. Naznačovalo by to, že existuje něco, co o Higgsově bosonu nevíme, něco, co ho chrání před bubláním v přítomnosti vypařujících se prvotních černých děr. Může jít ve skutečnosti o zcela nové částice nebo síly.

Ať tak či onak, je zřejmé, že o vesmíru v nejmenších i největších měřítkách máme stále co objevovat.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: ca.news.yahoo.com, profmattstrassler.com