Un team di ricerca internazionale, composto da scienziati dell’Università di Trento e dell’Università di Newcastle, ha condotto un esperimento presso il Pitaevskii Center for Bose-Einstein Condensation di Trento, riuscendo a produrre la prima prova sperimentale del decadimento del falso vuoto. Questo fenomeno, previsto dalla teoria ma mai osservato fino ad ora, avviene attraverso la creazione di piccole bolle localizzate in sistemi atomici attentamente controllati. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Physics, offrono una conferma sperimentale della formazione di bolle attraverso il decadimento del falso vuoto in un sistema quantistico.
Che cos’è il falso vuoto?
Il vuoto, nella fisica moderna, è una realtà più complessa di quanto si possa immaginare. È popolato da particelle che nascono e scompaiono in tempi brevissimi e può essere visto come una configurazione in cui le particelle elementari e i loro campi del Modello standard si sono organizzati dopo il Big Bang. Il falso vuoto è una configurazione metastabile di alta energia, mentre il vero vuoto è quella stabile di energia complessiva minima. La possibilità che il falso vuoto decada nel vero vuoto è stata studiata per anni, ma con la complicazione che il vuoto non è un oggetto singolo, ma una configurazione composta da molte particelle e campi estesi spazialmente.
Le bolle localizzate
Il decadimento del falso vuoto non può avvenire con una riconfigurazione simultanea di tutto l’universo, in quanto violerebbe la conservazione dell’energia. Il decadimento avviene quindi in una regione limitata di spazio, almeno in una prima fase, creando una bolla. Nella bolla, l’energia guadagnata all’interno, avendo creato il vero vuoto, viene controbilanciata dalla tensione superficiale della bolla che dipende dall’energia cinetica. Una volta nata, la bolla può espandersi senza barriere e occupare tutto il sistema. La nascita della bolla è un processo stocastico, non prevedibile né nel tempo né nello spazio.
L’esperimento e le sue implicazioni
Per “vedere” le bolle, gli scienziati hanno utilizzato nuvole di atomi di sodio, raffreddati allo stato di condensazione di Bose Einstein, che si comportano come piccoli magneti. Gli atomi sono stati preparati in una configurazione allineata verso l’alto, il “falso vuoto”. Grazie al controllo estremamente preciso dei parametri sperimentali, è stato possibile modificare le proprietà del sistema e renderlo più o meno metastabile. Il decadimento avviene quando cambia l’orientamento di parecchi atomi in una porzione spaziale della nuvola e nasce una bolla. L’esperimento non osserva il decadimento di vuoto dell’universo, ma ricrea e studia un processo analogo in un emulatore atomico, utilizzando le stesse formule ed equazioni sviluppate in campo cosmologico.
La validazione dell’esistenza del decadimento del vuoto può avere ripercussioni significative nel campo della fisica. Può servire a raffinare le teorie esistenti o a svilupparne di nuove, migliorando la comprensione della dinamica degli atomi ultrafreddi e delle teorie cosmologiche attuali. Non c’è da preoccuparsi per eventuali catastrofi ecologiche, in quanto il nostro universo non collasserà a causa di questo esperimento.
In conclusione, la scoperta del decadimento del falso vuoto rappresenta un passo avanti significativo nella comprensione dei fenomeni quantistici e cosmologici, aprendo nuove strade per la ricerca scientifica e la teoria fisica.
