El vacío que sustenta al universo podría desintegrarse al instante
El universo se desenvuelve en un vacío cuántico que
en realidad rebosa de interacciones entre partículas y campos. Los científicos
han comprobado ahora en laboratorio que ese falso vacío podría desintegrarse en
un instante y caer en un verdadero vacío absolutamente desconocido para la
ciencia.
Según la física moderna, el universo es el resultado
de la interacción entre partículas y campos -incluido, por ejemplo, el
electromagnético- y podría encontrarse en una configuración de equilibrio
denominada falso vacío.
El falso vacío es un concepto de la teoría cuántica
de campos que describe lo que es realmente el así llamado vacío cuántico.
El vacío es el estado cuántico que contiene la menor
energía posible, si bien en su interior fluctúan, tanto ondas
electromagnéticas, que no necesitan un medio material para propagarse, como
partículas que aparecen y desaparecen constantemente.
Por eso se considera que el vacío cuántico que
sustenta a todo el universo en realidad es un falso vacío solo parcialmente
estable, ya que, debido a su dinámica interna, puede caer en niveles de energía
todavía más bajos y provocar la desintegración de ese falso vacío y llevarlo a
un estado verdaderamente estable con menor energía, llamado verdadero vacío.
Es decir, todo lo que existe bascula en torno a tres
conceptos: vacío cuántico, que en realidad es un falso vacío, que supuestamente
puede disminuir todavía su energía y convertirse en un verdadero vacío.
Según la teoría, este proceso de reconversión del
vacío cuántico implica la formación de "burbujas" de vacío verdadero
dentro del falso vacío, de forma completamente análoga a la formación de gotas
de líquido en un recipiente enfriado por vapor por debajo del punto de
condensación.
Esta suposición tiene implicaciones teóricas muy
importantes en los procesos cosmológicos, ya que la teoría del falso vacío
podría indicarnos qué existía antes del Big Bang y qué pasará en el futuro con
el universo.
Por esta razón, la comunidad científica ha seguido
investigando y preguntándose desde hace décadas en qué tipo de vacío cuántico
se encuentra nuestro universo, si es falso vacío o verdadero vacío, y si su
estado actual puede bascular y alterar el actual equilibrio cósmico.
Para responder a estas cuestiones, los científicos
han desarrollado teorías sofisticadas e intentado imaginar qué plataformas
experimentales podrían confirmar los distintos modelos teóricos, ya que no es
posible acceder directamente a los procesos que tuvieron lugar inmediatamente
después del Big Bang.
Lo realmente novedoso es que una nueva investigación
ha observado por primera vez que las supuestas burbujas que alteran el vacío
cuántico se forman realmente en sistemas atómicos cuidadosamente controlados en
un laboratorio.
La experiencia ha tenido lugar en los laboratorios
del Centro Pitaevskii de Condensación Bose-Einstein de Trento y los resultados
de este estudio, cuyo primer autor es Alessandro Zenesini, se publican en la
revista Nature Physics.
Para lograr esta observación, los investigadores
prepararon una “nube” de átomos de sodio ultrafríos en un estado inicial que
simula un falso estado de vacío y observaron cómo se forman burbujas a medida
que el vacío decae: crecen y se fusionan hasta ocupar todo el espacio.
Estas burbujas se pudieron detectar mediante una
técnica de imagen que permite medir la densidad y la velocidad de los átomos.
De esta forma, los científicos han podido demostrar
de manera concluyente que estas burbujas son el resultado del decaimiento
térmico del falso vacío, es decir, que se activan por las fluctuaciones
térmicas del sistema, lo que podría indicar que también pueden formarse en el
universo actual.
Además de comprobar que el comportamiento de los
átomos era compatible con las simulaciones del sistema, los autores unieron
fuerzas con el grupo teórico de Ian Moss, cosmólogo de la Universidad de
Newcastle, que también colaboró con Stephen Hawking, para comprobar que las
teorías de desintegración del falso vacío más acreditadas eran compatibles con
las observaciones experimentales.
La verificación experimental adquiere especial
relevancia porque va más allá de los conocimientos teóricos desarrollados hasta
la fecha y abre paso a nuevas líneas de
investigación experimental sobre los diversos aspectos de la formación de la
verdadera burbuja de vacío y su comportamiento, lo que tendrá repercusiones
positivas en otros campos de investigación como la bioquímica y la computación
cuántica, destacan los investigadores.
No obstante, este experimento pionero es solo el
primer paso para explorar el decaimiento del falso vacío. El objetivo final es
encontrar el decaimiento del falso vacío a la temperatura del cero absoluto,
donde el proceso está impulsado únicamente por las fluctuaciones cuánticas del
vacío.
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