Aunque nuestro Universo parece estable, podría estar simplemente en un estado temporal de falsa calma que podría romperse en un abrir y cerrar de ojos.
Consideramos que el vacío es el estado de menor energía del Universo. Pero es posible que exista un estado más estable y de menor energía.
En teoría, si una bolsa de espacio pasara a este estado, podría expandirse y engullir el Universo a la velocidad de la luz, sobrescribiendo la física a medida que avanza.
Bienvenidos a la falsa desintegración del vacío, uno de los conceptos más aterradores de la teoría cuántica, y un equipo dirigido por físicos de la Universidad de Tsinghua en China acaba de encontrar una manera de simularlo en un laboratorio.
¿Por qué querrían hacer tal cosa? Bueno, la falsa desintegración del vacío sólo resulta en la destrucción del Universo tal como lo conocemos en algunos escenarios teóricos.
En términos más generales, se encuentra en la intersección de la teoría cuántica y la relatividad, lo que la convierte en una herramienta potencialmente útil para intentar resolver las diferencias hasta ahora irreconciliables entre los dos marcos.
Así es como funciona. Las ecuaciones de la relatividad son extremadamente buenas para describir cómo funciona la física en el Universo, a gran escala y a altas velocidades.
Sin embargo, una vez que se llega al reino extremadamente pequeño (el Universo cuántico que existe a escalas atómica y subatómica), la relatividad ya no es la herramienta adecuada para describir cómo se comportan las cosas.
Actualmente, la mejor herramienta para ese trabajo es la teoría cuántica de campos, que describe cómo interactúan los campos cuánticos y las partículas.
Cuando se limitan a cada uno de sus carriles, la teoría cuántica de campos y la relatividad simplemente avanzan, haciendo lo suyo, pero en condiciones extremas, se superponen y las cosas se complican. No existe un marco que unifique ambos ámbitos, por lo que a los físicos les gusta sondear estos puntos de superposición para ver si pueden encontrar tal teoría.
Una de las predicciones de la teoría cuántica de campos es que no existe el vacío perfecto. Lo que llamamos el vacío del espacio es, en cambio, el estado de menor energía de un campo cuántico.
Si el paisaje energético de un campo cuántico tiene múltiples mínimos locales o puntos bajos, estos corresponden a falsos vacíos que pueden pasar a un verdadero vacío (un estado de energía aún más bajo).
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Piense en un paisaje que tiene múltiples lagos, algunos de los cuales son más profundos que otros. En algún lugar debajo de ellos hay una cuenca aún más profunda. Si se abre un túnel en el fondo de uno de estos lagos, desembocará en esa cuenca más profunda.
Pero si algo así sucediera en el vacío del espacio, no quedaría contenido. En lugar de que el agua se drene, una pequeña región del espacio pasaría a este estado de menor energía, formando una especie de burbuja.
Esa burbuja no se quedaría ahí: si excediera un tamaño crítico, se expandiría hacia afuera a una velocidad cercana a la de la luz, convirtiendo todo lo que tocara en ese nuevo estado.
Por eso está a caballo entre la teoría cuántica y la relatividad. El túnel inicial hacia el estado inferior es un proceso cuántico, pero las consecuencias se desarrollan en las escalas más grandes imaginables, expandiéndose para cambiar todo el Universo.
Ni la teoría cuántica de campos ni la relatividad por sí solas pueden describir completamente el proceso. Ambos son necesarios para comprender la falsa decadencia del vacío.
Lo que nos lleva de nuevo al experimento de laboratorio. En realidad, no implicó meter una bolsa de aspiradora para darle la vuelta, no te preocupes. En lugar de ello, los investigadores utilizaron un sustituto: un anillo de átomos de Rydberg.
En un átomo normal, tienes un núcleo rodeado por un pequeño enjambre de electrones. Si agregas solo un poco de energía al átomo, el enjambre de electrones se hincha un poco, haciendo que el átomo sea un poquito más grande y más suelto.
Un átomo de Rydberg es lo que se obtiene cuando se le añade mucha energía en condiciones que le permiten retener sus electrones. Se hincha bastante grande para un átomo, muchas micras de diámetro, y los electrones están tan débilmente unidos como pueden sin salir volando.
Debido a que son tan flojos, los átomos de Rydberg se comportan de una manera exagerada, lo que los hace útiles para realizar experimentos.
Los investigadores dispusieron en un anillo un número par de átomos de Rydberg mutuamente repulsivos. En esta disposición, cada átomo cae en una alineación de espín opuesta al átomo de cada lado, por lo que se obtiene un patrón alterno y simétrico de alineaciones de espín alrededor del anillo.
Luego, excitaron los átomos con láseres, rompiendo la simetría. Esto permitió que el anillo existiera en dos patrones diferentes con estados de energía ligeramente diferentes, uno de los cuales representaba el falso vacío y el otro el verdadero vacío.
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Este anillo ligeramente caótico luego “decaería” hacia un estado fundamental preferido, a un ritmo que depende de la fuerza del láser que rompe la simetría.
Esto es consistente con el mecanismo más comúnmente aceptado que se cree que impulsa la falsa decadencia del vacío: la nucleación de una burbuja cuántica que contiene el verdadero vacío. Las condiciones que facilitan la formación de la burbuja hacen que la transición sea más probable.
El experimento no nos dice directamente nada nuevo sobre la falsa desintegración del vacío, pero sí confirma las predicciones teóricas sobre cómo se desarrollaría.
Esto significa que el sistema de átomos de Rydberg del equipo representa un nuevo campo de juego para investigar la intersección salvaje donde chocan la física cuántica y la relatividad.
Quizás algún día también nos diga lo preocupados que debemos estar por el Universo, ya que sabemos que de repente se transforma en algo completamente distinto.
El artículo ha sido publicado en Physical Review Letters.