冷原子模拟虚假真空：量子隧穿与不稳定性分析

"走向冷原子模拟虚假真空"是一篇研究文章，探讨了利用超冷原子系统模拟早期宇宙中的虚假真空状态的可能性。在这一领域，科学家们试图通过实验室实验来理解和探索量子场论及宇宙学中的非经典现象。文章指出，一个最近提出的实验方案是通过时间变化的射频场将两个超冷冷凝物耦合在一起，这两个冷凝物的相对相位由相对论性的标量场描述，其势能具有虚假真空和真实真空的局部最小值。 在该实验中，如果初始状态设置为虚假真空，那么系统会通过量子隧穿效应衰变到真实真空状态。然而，作者们发现了可能存在的问题：时变耦合可能导致长波长模式产生虚假真空，进而通过参数共振引发系统内短波长模式的不稳定性。文章特别关注了理想情况下，两个冷凝物具有相同特性且背景密度相同的设定。 为了分析系统的稳定性，研究者们应用了耦合的Gross-Pitaevskii方程（GPE），并借助Floquet理论进行线性稳定性分析，计算出与第一个不稳定性带相关的波数。但他们也发现，通过调整时变耦合的频率，可以将不稳定性带移出GPE的有效范围，使得耗散效应可能会减轻不稳定性的影响。 这篇研究发表在JHEP07(2018)014上，由Springer为SISSA发布，涵盖了从2017年12月14日的提交，到2018年7月2日最终发表的过程。作者包括Jonathan Braden、Matthew C. Johnson、Hiranya V. Peiris和Silke Weinfurter，他们分别来自英国伦敦大学学院、加拿大约克大学、加拿大Perimeter研究所、瑞典斯德哥尔摩大学的Oskar Klein Center for Cosmoparticle Physics，以及英国诺丁汉大学的数学和理论物理中心。 文章的贡献在于对冷原子模拟虚假真空实验的深入探讨，揭示了潜在的不稳定性问题，并提出了解决策略。这为未来在桌面实验中模拟早期宇宙模型提供了重要的理论基础和实验指导，有助于推进我们对量子场论和宇宙起源的理解。