「真空衰变」的本质是什么，如何区分真伪真空？

「真空衰变」的本质是什么，如何区分真伪真空？

我们以为Higgs势长这样：

Higgs势的极小值点对应真实的真空，对应的Higgs场H不为零，于是费米子与规范玻色子获得了质量，这是大家熟悉的希格斯机制。

然而，希格斯机制与目前实验只要求Higgs势长下面这样：

所以实际的势能曲线也许长这样：

势能的最小值处对应最稳定的真空，又称为真真空，其他的极小值是亚稳定的真空，又称为假真空。从高能量的真空跃迁到低能量真空的过程就称为真空衰变。一般认为我们处于真真空，但也可能我们处于假真空中，只是跃迁到真真空的概率太小而已，世界末日总有一天会到来。

说点我们知道的吧。电弱相变某种意义上可以称为真空衰变。温度不为零时，考虑了温度修正的希格斯势长这样：

虚线是温度为99.87GeV时候的势能曲线，最小值在v=0处。v是希格斯场的期望值。实线是温度为99.69GeV时的有效势曲线，最小值在v=0.55*99.69GeV处。即宇宙由高温到低温演化过程中，希格斯场的期望值经历了由零变为非零的过程，这个过程称为电弱相变(Electroweak phase transition)，这也是一种真空衰变。

上图来自文献[1]，由于当年还没发现Higgs粒子，文中作者假设了较小的Higgs质量，图中给出的是一级相变的情况，即v由零突变为非零。现在的计算表明，标准模型中的电弱相变是二级相变，即Higgs场的期望值是由零连续地变化为非零的。但无论如何，相变总是存在的，除非宇宙早期温度不够高。

宇宙一级相变的过程会产生引力波[3,4]，与重子生成的过程也有关联[5]，因此也是个水论文的好方向。虽然标准模型中的电弱相变是二级相变，但这阻挡不了科学家水论文的脚步。只需要在标准模型之上加入更多的标量场[2]，实现一级相变轻轻松松。事实上大多数粒子物理模型中的标量场都有类似于电弱相变的行为，即高温时标量场的期望值为零，模型的对称性完全恢复；低温时标量场获得非零的期望值，发生自发对称性破缺。大统一模型中本来就有很多的标量场，不同标量场获得非零期望值时的温度也可能不一样，也就是说，宇宙温度由大统一能标降低到现在2.7K的过程中可能经历了多次相变，或者说经历了多次真空衰变。

[1]Carrington M E . Effective potential at finite temperature in the standard model[J]. Phys Rev D Part Fields, 1992, 45(8):2933-2944.

[2]Dorsch G C , Huber S J , No J M . A strong electroweak phase transition in the 2HDM after LHC8[J]. Journal of High Energy Physics, 2013, 2013(10):1-22.

[3]arXiv:1512.06239

[4]https://doi.org/10.1103/PhysRevD.49.2837

[5]Petropoulos, Nicholas. (2003). Baryogenesis at the electroweak phase transition. arXiv:hep-ph/0304275.

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