Ecco come l’universo potrebbe finire in un “falso decadimento del vuoto”

Questo è il modo in cui il mondo finisce: non con un botto, ma con un decadimento del vuoto quantistico dello stato fondamentale dell'universo al suo vero minimo.

L'universo ha subito transizioni di fase radicali in passato. Queste transizioni alla fine portarono alla divisione delle quattro forze fondamentali della natura e alla panoplia delle particelle che conosciamo oggi. Tutto ciò si è verificato quando l'universo aveva meno di un secondo e da allora è rimasto stabile.

Ma potrebbe non durare per sempre.

Il nostro universo: dal Big Bang ad oggi in 10 semplici passaggi

Un cosmo diviso

Per comprendere la stabilità dell'universo , dobbiamo prima parlare delle transizioni di fase. Le transizioni di fase sono quando una sostanza subisce una trasformazione rapida e radicale. Succedono tutto il tempo. Fai bollire l'acqua e si trasforma da liquido in gas. Raffreddi quella stessa acqua e si trasforma in un blocco di ghiaccio.

Forse le transizioni di fase più esotiche sono quelle che accadono ai campi quantistici. I campi quantistici sono i mattoni fondamentali dell'universo. Ogni tipo di particella, ad esempio, un fotone o un elettrone è in realtà solo una manifestazione locale di un campo sottostante. Quel campo inzuppa tutta questa Rete e il tempo come pane intinto nell'olio d'oliva. Il modo in cui questi campi interagiscono e comunicano tra loro costituisce le forze e la fisica della nostra esistenza.

Tale esistenza si basa su quattro forze fondamentali: la gravità , la forza debole, l'elettromagnetismo e la forza forte. Ma non è sempre stato così. Nei primi istanti del cosmo, quelle forze erano unite. Mentre l'universo si espandeva e si raffreddava, i campi quantistici subivano transizioni di fase, separandosi uno per uno.

L'ultima transizione di fase si è verificata quando la forza elettromagnetica si è separata dalla forza debole. Quella scissione ha dato origine al fotone e ai bosoni W e Z, i portatori di queste due forze.

Da quell'evento, che è accaduto quando l'universo non aveva nemmeno un secondo, tutto è stato stabile, niente più scissioni, niente più transizioni di fase. Le quattro forze della natura hanno continuato a plasmare e scolpire l'evoluzione del cosmo per miliardi di anni.

Per quanto sembra tutto, per ora è tutto stabile, comunque.

Relazionato: C'è qualcosa al di là dell'universo?

Non così stabile, dopotutto

La stabilità dell'universo è difficile da misurare. Certo, sono passati più di 13 miliardi di anni da quando si è verificata una cosa così interessante come una transizione di fase. Sì, 13 miliardi di anni sono davvero tanti, ma nel mondo dei campi quantistici può succedere di tutto.

La nostra migliore scommessa per sondare la stabilità dell'universo è attraverso la massa del bosone di Higgs . L'Higgs è un campo molto interessante; la sua presenza nell'universo è ciò che separava la forza elettromagnetica dalla forza debole e ciò che mantiene quella scissione oggi. Senza il bosone di Higgs, quelle forze si fonderebbero di nuovo insieme.

Nella fisica quantistica , più un'entità è massiccia, più è instabile. Le particelle massicce decadono rapidamente in particelle più leggere, per esempio. Quindi, se l'Higgs è molto massiccio, potrebbe non essere stabile come sembra e un giorno potrebbe decadere in qualcos'altro. Ma se l'Higgs è abbastanza leggero, è probabile che uscirà per sempre e non c'è più niente da dire sul futuro dei campi quantistici dell'universo.

Le misurazioni dell'Higgs hanno scoperto che la sua massa pone l'universo proprio tra i regimi "davvero, onestamente stabile" e "Oh no, sembra un po' instabile". I fisici chiamano questo stato "metastabile" una situazione che per ora è stabile ma potrebbe deteriorarsi rapidamente se qualcosa andasse storto.

Alla ricerca della stabilità

L'apparente metastabilità dei campi quantistici dell'universo è un po' inquietante. Anche se potrebbe significare che l'universo potrebbe persistere per miliardi, anche trilioni, di anni senza che nulla vada storto, potrebbe anche significare che l'universo sta già iniziando a trasformarsi. Tutto ciò che servirebbe è una piccola scossa nella direzione sbagliata, in qualche angolo casuale dell'universo, dove l'Higgs va in pezzi e i campi quantistici sottostanti trovano una nuova configurazione più stabile. Quella regione del "nuovo" universo si propagherebbe quindi verso l'esterno quasi alla velocità della luce attraverso il "vecchio" universo.

Questo tipo di transizione di fase è chiamato falso decadimento del vuoto. Fa riferimento all'idea che il vuoto del nostro universo sia falso, non è così stabile come potrebbe sembrare e un giorno decadrà in qualcosa di nuovo.

Nel momento in cui avessimo ricevuto l'informazione che la transizione di fase era alle porte, sarebbe già avvenuta.

Cosa ci sarebbe dall'altra parte di quel nuovo universo? È impossibile dirlo. Potrebbe essere totalmente banale, con i nuovi campi quantistici che sembrano esattamente come i vecchi campi quantistici e niente che non va. Potrebbe essere solo un leggero aggiustamento, come un piccolo aggiustamento alla natura dell'energia oscura o un leggero aggiustamento alle masse dei neutrini . Oppure potrebbe essere radicalmente diverso, con un universo pieno di forze, campi e particelle nuovi di zecca che renderebbero impossibile la vita (e la chimica e l'atomica) come la conosciamo.

Naturalmente, non siamo nemmeno sicuri al 100% del criterio di metastabilità. Sappiamo che il Modello Standard della fisica delle particelle è incompleto. Una versione completa potrebbe riscrivere la nostra comprensione dei campi quantistici e di dove viene tracciata la linea "stabile-instabile".

Scopri di più ascoltando il podcast "Ask A This Webman", disponibile su iTunes (si apre in una nuova scheda) e askaspaceman.com (si apre in una nuova scheda) . Fai la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter (si apre in una nuova scheda) e facebook.com/PaulMattSutter (si apre in una nuova scheda) .

Ir arriba