Vacuümtoestand

Vacuümtoestand, of vacuümstaat, is een begrip uit de quantumfysica en quantumveldentheorie dat de toestand met de laagste energie beschrijft. In een kwantumveldtheorie is de vacuümtoestand de grondtoestand van alle velden en bevat ze in principe geen echte excitaties of realistische deeltjes, maar wel kwantumfluctuaties. Deze vacuümfluctuaties betekenen dat virtuele deeltjes tijdelijk ontstaan en weer verdwijnen, wat voortkomt uit de onzekerheidsrelatie tussen energie en tijd. Daardoor is de ruimte die we als “leeg” beschouwen niet werkelijk leeg.

De vacuümtoestand heeft tastbare consequenties: vacuümfluctuaties leiden tot waargenomen verschijnselen zoals het Casimir-effect en de Lamb-verschuiving in atomaire spectra. In het standaardmodel heeft het Higgs-veld een niet-nul vacuum expectation value (VEV), wat de massa’s van andere deeltjes mogelijk maakt via de Higgs-koppeling.

In theorieën kan de vacuümtoestand meerdere toestanden kennen, zoals een true vacuum en een false vacuum. Een overgang van false naar true vacuum kan kosmologische implicaties hebben en wordt in sommige modellen besproken als vacuümfusie of faseovergang in het vroege universum.

In relativistische en gravitationele context kan de beschrijving van het vacuüm afhangen van de waarnemer. Voorbeelden zoals het Unruh-effect illustreren dat een versnelde waarnemer een warmtespectrum waarneemt terwijl een inertiële waarnemer de vacuüm ziet. Zo blijft de vacuümtoestand een fundamenteel begrip in zowel theorie als experiment.