Vacuum Decay

[Garion]

Bonjour,

Je viens de découvrir cette hypothèse d'un vide avec un niveau d'énergie inférieur à notre vide, qui pourrait potentiellement être en train de parcourir notre univers et de le détruire sur son passage.

Ça vaut quoi comme hypothèse ?
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[Gilgamesh]

Le mécanisme fait évidemment penser à la fin de l'inflation, avec un changement d'état du vide local, et formation d'une bulle de vide dans un état de moindre énergie, ce qui libère une énergie potentielle qui fait que le phénomène se propage à ~c.

Le point de nucléation pourrait se former spontanément par l'effet d'une fluctuation quantique ou suite à un événement très énergétique (ex. : collision de particules à ≫10¹⁵ GeV, bien au-delà des capacités du LHC ~ 10⁴ GeV).

Les effets sur la réalité matérielle seraient radicaux et instantanés : les masses des particules élémentaires indexées par leur couplage avec le champ de Higgs, changeraient drastiquement, ce qui changerait à son tour la valeur des interactions fondamentales (électromagnétisme, interaction forte/faible), dynamitant tout l'édifice de la matière. Les noyaux, les atomes et les molécules deviendraient instables, rendant toute chimie impossible, etc. End of the game.

Le mécanisme est prédit par le modèle standard et ses extensions (comme la supersymétrie). Il dépend de la façon dont la valeur du potentiel du champ de Higgs V(ϕ) varie en fonction de sa valeur ϕ. Si ce potentiel a plusieurs minima locaux, l’Univers pourrait être piégé dans un minimum local (faux vide) au lieu du minimum global (vrai vide). Cela définit la condition de métastabilité du champ. Si l’on est dans un minimum global, alors le vide est stable.

Dans le cadre du modèle standard, ce sont les masses respectives du boson de Higgs (m_H) et du quark top (m_t) qui déterminent la stabilité du vide.

Si m_H est trop faible par rapport à m_t, le vide pourrait être instable (transition spontanée vers le vrai vide). Si m_H est dans une certaine plage, le vide est métastable (transition possible mais extrêmement improbable).

Les mesures actuelles (m_H ≈ 125 GeV, m_t ≈ 173 GeV) suggèrent que nous sommes proches de la frontière entre stabilité et métastabilité (voir schéma ci-dessous).

Bon, maintenant, savoir qu'on vit dans un univers qui pourrait n'être que métastable, ça peut sembler certes pas très rassurant, mais concrètement, tout dépend de la probabilité de la transition. En théorie quantique des champs, le taux de nucléation de bulles Γ est donné par :

Γ ∼ e^−B

avec :

B, la barrière de potentiel.
B = 27π²σ⁴/(2ϵ³)

avec :

σ = tension de surface de la bulle,
ϵ = différence d’énergie entre faux et vrai vide.

Bien sûr, on se souvient que la relativité générale n’est pas intégrée dans le modèle standard et qu’une future théorie quantique de la gravité pourrait changer la donne. Mais dans le cadre du modèle standard actuel, B ≈ 10⁴ à 10⁶, ce qui donne un taux de nucléation négligeable à l’échelle de l’Univers observable.

Un article de 2013 sur le calcul du domaine de stabilité du Higgs :
Higgs mass and vacuum stability in the Standard Model at NNLO

[Garion]

Merci beaucoup pour ces informations