AstroRubrica: il decadimento del falso vuoto
Sulla fine dell’Universo esistono diverse teorie e possibilità: potrebbe continuare a espandersi per sempre, diventando lentamente sempre più freddo e buio, nello scenario chiamato Big Chill; oppure l’espansione potrebbe invertirsi, portando a un Big Crunch; o diventare così intensa da separare progressivamente anche le strutture che compongono la materia, nel cosiddetto Big Rip.
C’è però un’ipotesi ancora più particolare, che non riguarda tanto l’espansione dell’Universo quanto lo stato fisico dello spazio stesso: il decadimento del falso vuoto.
Il vuoto cosmologico
Quando pensiamo al vuoto, immaginiamo uno spazio completamente privo di materia. In fisica, tuttavia, una regione dello spazio apparentemente vuota è permeata da campi fondamentali, che possiamo considerare come grandezze fisiche presenti in ogni punto dello spazio e in grado di determinare le proprietà delle particelle.
Questi campi possono esistere in diversi stati, ciascuno associato a una diversa quantità di energia. Anche il vuoto può, in teoria, presentare diversi stati.
Lo stato più stabile possibile è quello in cui il sistema fisico si trova nel suo stato di minima energia. Tuttavia, un sistema fisico che appare stabile potrebbe non trovarsi nello stato più basso possibile, poiché il passaggio da uno stato all’altro può richiedere molto tempo. È come una palla che giace in una piccola conca: anche se esiste una posizione ancora più bassa, essa potrebbe potenzialmente cadere in essa.
In questo caso si parla di uno stato metastabile. Ed è proprio qui che nasce l’idea del falso vuoto. Il nostro Universo potrebbe trovarsi in uno stato apparentemente stabile, ma non necessariamente nel suo stato di energia più basso, quello che viene chiamato vero vuoto.
La bolla di vero vuoto
Se il nostro Universo si trovasse davvero in uno stato di falso vuoto, in teoria potrebbe passare spontaneamente verso uno stato più stabile, il vero vuoto. Questo cambiamento non avverrebbe necessariamente ovunque nello stesso momento ma potrebbe iniziare in una piccolissima regione dello spazio, formando una bolla di vero vuoto.
Da quel momento, la bolla potrebbe espandersi attraverso lo spazio a una velocità prossima a quella della luce, modificando le condizioni fisiche che incontra lungo il suo percorso. Le particelle e la materia, così come le conosciamo, potrebbero non poter più esistere nella stessa forma.
La parte più inquietante è che, se un simile evento fosse possibile, non avremmo necessariamente alcun modo di prevedere dove o quando potrebbe iniziare. E proprio perché la bolla potrebbe espandersi quasi alla velocità della luce, non avremmo nemmeno il tempo di accorgerci del suo arrivo.
Una bolla in laboratorio
Nel 2024 un gruppo di ricercatori ha studiato questo fenomeno in un sistema estremamente più piccolo, ma molto più controllabile, del nostro Universo.
Al Pitaevskii Center for Bose-Einstein Condensation di Trento, i ricercatori hanno raffreddato circa un milione di atomi di sodio a temperature vicinissime allo zero assoluto, creando uno stato particolare in cui gli atomi si comportano in modo collettivo. Manipolando con grande precisione il sistema, hanno creato una situazione analoga a quella del falso vuoto.
A un certo punto, in modo casuale, poteva comparire una piccola regione in uno stato più stabile, ovvero una bolla, analoga a quella prevista dalla teoria del decadimento del falso vuoto.
I ricercatori hanno quindi ripetuto l’esperimento molte volte, creando ogni volta una nuova nube di atomi, e hanno misurato quanto spesso comparivano le bolle.
Conclusioni
Non disponiamo di osservazioni che indichino che il nostro universo stia per decadere e, di fatto, non sappiamo né possiamo dimostrare se ci troviamo in uno stato di falso o vero vuoto. Non esiste una probabilità semplice e direttamente misurabile che ci consenta di determinare se o quando ciò potrebbe accadere. Le stime dipendono dai modelli fisici e dai parametri utilizzati.
L’esperimento di Trento non dimostra che il nostro universo sia destinato a decadere, ma ci offre un nuovo strumento per studiare fenomeni che, su scala cosmologica, non possiamo riprodurre né osservare direttamente.
Condividi











