Dei molti modi alternativi in cui l’universo potrebbe finire, niente è così spaventoso come la “decadimento del vuoto falso”. Questo scenario si basa sull’idea che un campo fondamentale nell’universo non sia nel suo stato più basso possibile. Sotto quella regione “falsa” stabile, si è sviluppato il nostro stesso universo. Il campo potrebbe saltare spontaneamente in un valore più stabile, creando una bolla che cancella tutta la realtà.
Non sappiamo abbastanza sul campo in questione – il campo di Higgs che conferisce massa a tutto – per sapere quanto sia probabile questa possibilità. Il decadimento del vuoto falso è quando uno stato non stabile si trasforma in uno stato stabile vero, anche se in generale, c’è molto che non capiamo su come funziona la formazione di questa bolla, specialmente sperimentalmente. Ora, un gruppo di sperimentatori italiani e teorici britannici ha prodotto le prime prove sperimentali del decadimento del vuoto.
“Si pensa che il decadimento del vuoto giochi un ruolo centrale nella creazione dello spazio, del tempo e della materia nel Big Bang, ma finora non c’è stata alcuna prova sperimentale”, ha spiegato Ian Moss, professore di cosmologia teorica all’Università di Newcastle. “In fisica delle particelle, il decadimento del vuoto del bosone di Higgs altererebbe le leggi della fisica, producendo quello che è stato descritto come la ‘catastrofe ecologica ultima’”.
Per la prima volta, gli scienziati hanno osservato la formazione delle bolle in un sistema atomico controllato. L’allestimento analogo che hanno utilizzato per lo scenario del vuoto falso era un vapore superraffreddato a una temperatura inferiore a un milionesimo di grado sopra lo zero assoluto. Questo è uno stato metastabile, il che significa che non è la configurazione più stabile ma potrebbe rimanere così per un tempo indefinito. Puoi immaginarlo come una piccola valle sul lato di una collina. Lo stato di energia più basso si trova in fondo, ma questa piccola depressione potrebbe funzionare per un po’.
Nella meccanica quantistica, le cose non devono nemmeno avere l’energia extra per uscire dalla piccola valle. Possono semplicemente attraversare e decadere allo stato di energia più basso. Nell’allestimento analogo, gli effetti termici funzionano in modo simile, portando alla formazione di una bolla. La bolla si espande portando il sistema al suo stato di energia più basso, simile al vuoto vero.
“Utilizzare la potenza degli esperimenti con atomi ultraraffreddati per simulare analoghi della fisica quantistica in altri sistemi – in questo caso, l’universo primordiale stesso – è un’area di ricerca molto eccitante al momento”, ha aggiunto il co-autore Dr. Tom Billam, anche a Newcastle.
Lo scopo del team è spingere la temperatura del sistema sempre più vicino allo zero assoluto. In quelle condizioni, gli effetti termici diventeranno meno rilevanti ma gli effetti quantistici dovrebbero apparire, fornendo un analogo più accurato al decadimento del vuoto falso.
Lo studio è pubblicato su Nature Physics.
