Il decadimento del falso vuoto

Niente è stabile, niente è per sempre. In un attimo tutto potrebbe finire. Questo è  vero per noi e anche per l'intero universo.

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C'è una possibilità (minima) che tutto l'Universo scompaia in un secondo, implodendo per ragioni naturali. Adesso sappiamo come avverrebbe

di Enrico Maria Corno

È il cosiddetto «decadimento del falso vuoto». Potrebbe succedere da un momento all’altro senza preavviso e noi non ce ne accorgeremmo nemmeno. Un gruppo di scienziati cinesi ha riprodotto questo meccanismo in laboratorio

C'è una minima possibilità che tutto l'Universo scompaia in un secondo, implodendo per ragioni naturali. Adesso sappiamo come avverrebbe.

Sebbene il nostro Universo ci appaia stabile, potrebbe in realtà trovarsi in un temporaneo stato di falsa calma il cui precario equilibrio potrebbe potenzialmente cambiare in un attimo cancellando ogni cosa. Il processo è noto come “decadimento del falso vuoto”. Da quando esiste la fisica, gli scienziati hanno trovato opportuno e finanche stimolante cercare di scoprire come un giorno l’Universo terminerà. Le teorie convergono sul fatto che la questione si riproporrà tra qualche miliardo di anni e potrebbe avere a che fare con la fine della sua continua espansione cominciata con il Big Bang. Detto questo, l'estinzione dell’Universo al contrario potrebbe invece accadere qui e ora, in qualsiasi momento, avendo origine in qualsiasi luogo del cosmo, senza che ce ne accorgiamo nemmeno. E la cosa più incredibile è che qualcuno possa simularlo in laboratorio. 

Cos'è il "Falso Vuoto"? Nella teoria quantistica dei campi (la struttura matematica che descrive come le particelle elementari interagiscono tra loro), il "vuoto" non è il nulla assoluto (che non esiste) ma è lo stato con la minima energia possibile. Il “Vero Vuoto” quindi è lo stato di energia più basso in assoluto: il “Falso Vuoto” è uno stato che sembra stabile ma non è il più basso possibile. È come una palla ferma in una buca a metà di una collina: è ferma ma potrebbe ancora rotolare più giù. Secondo la meccanica quantistica, esiste una piccola probabilità che una regione dello spazio – un “falso vuoto” - subisca una caduta attraverso la barriera energetica verso lo stato più stabile e “più vuoto”. È come se in un punto qualunque dell'universo si formasse naturalmente una minuscola "bolla" di vero vuoto (questa è la teoria della “nucleazione di bolle”) che si espandesse alla velocità della luce in tutte le direzioni. L’esito finale, un istante dopo, sarebbe la cancellazione della realtà: all'interno della bolla, le costanti fondamentali come la massa delle particelle cambierebbero completamente. Gli atomi si disintegrerebbero e la materia, così come la conosciamo, cesserebbe di esistere. 

C'è una minima possibilità che tutto l'Universo scompaia in un secondo, implodendo per ragioni naturali. Adesso sappiamo come avverrebbe.

Questo è il decadimento del falso vuoto, uno dei concetti più terrificanti della teoria quantistica. Un team guidato da fisici dell'Università Tsinghua in Cina ha appena trovato un modo per simularlo in laboratorio. Perché avrebbero voluto fare una cosa del genere? Il decadimento del falso vuoto porta alla distruzione dell'Universo solo in alcuni scenari teorici. Ha senso studiare gli effetti del decadimento perché per la prima volta la fisica si trova a lavorare all'intersezione tra la teoria quantistica e la relatività, il che la rende uno strumento potenzialmente utile per cercare di risolvere le differenze finora inconciliabili tra i due approcci. Le equazioni della relatività descrivono il funzionamento della fisica nell'Universo, su larga scala e ad alte velocità. Con l'Universo quantistico che esiste a livello atomico e subatomico si entra nel regno dell’estremamente piccolo e la relatività non è più lo strumento adatto a descrivere il comportamento delle cose. Comprendere il decadimento del falso vuoto significa quindi studiare una reazione che avviene nell’infinitamente piccolo che finirebbe per cambiare l’infinitamente grande, espandendosi fino a modificare l'intero Universo. 

I cinesi- che hanno pubblicato lo studio su Physical Review Letters - hanno riprodotto in uno spazio limitato il decadimento usando “un anello di atomi di Rydberg”, un modello surrogato composto da un piccolo gruppo di atomi particolari che, bombardati di energia con un laser, aumentano enormemente la loro massa pur senza perdere lo sciame gli elettroni che li circonda. Questo permette di semplificare lo studio di ciò che avviene dopo, passando dallo stato di falso vuoto a vero. Se qualcosa di simile accadesse nel vuoto dell’Universo, si formerebbe però quella sorta di bolla che si espanderebbe verso l'esterno a una velocità prossima a quella della luce, cancellando tutto ciò che tocca.