Un experimento realizado en Italia, con el apoyo teórico de la Universidad de Newcastle, ha producido la primera evidencia experimental de la decadencia del vacío.
En la teoría cuántica de campos, cuando un estado no tan estable se transforma en un verdadero estado estable, se denomina "falso decaimiento del vacío". Esto sucede mediante la creación de pequeñas burbujas localizadas. Si bien el trabajo teórico existente puede predecir con qué frecuencia ocurre esta formación de burbujas, no ha habido mucha evidencia experimental.
El laboratorio de átomos ultrafríos del Centro Pitaevskii de Condensación Bose-Einstein en Trento informa por primera vez de la observación de fenómenos relacionados con la estabilidad de nuestro universo. Los resultados surgen de la colaboración entre la Universidad de Newcastle, el Instituto Nacional de Óptica del CNR, el Departamento de Física de la Universidad de Trento y Tifpa-Infn, y han sido publicados en Nature Physics. .
Los resultados están respaldados por simulaciones teóricas y modelos numéricos, lo que confirma el origen del campo cuántico de la desintegración y su activación térmica, abriendo el camino a la emulación de fenómenos de campo cuántico fuera de equilibrio en sistemas atómicos.
El experimento utiliza un gas sobreenfriado a una temperatura inferior a un microKelvin desde el cero absoluto. A esta temperatura, se ve que emergen burbujas a medida que el vacío decae y el profesor Ian Moss y el Dr. Tom Billam de la Universidad de Newcastle pudieron demostrar de manera concluyente que estas burbujas son el resultado de la decadencia del vacío activada térmicamente.
Ian Moss, profesor de cosmología teórica en la Facultad de Matemáticas, Estadística y Física de la Universidad de Newcastle, dijo:"Se cree que la desintegración del vacío desempeña un papel central en la creación del espacio, el tiempo y la materia en el Big Bang, pero hasta ahora ha habido No hay prueba experimental. En física de partículas, la desintegración en el vacío del bosón de Higgs alteraría las leyes de la física, produciendo lo que se ha descrito como la 'catástrofe ecológica definitiva'".
El Dr. Tom Billam, profesor titular de Matemáticas Aplicadas y Cuánticas, añadió:"Usar el poder de los experimentos con átomos ultrafríos para simular análogos de la física cuántica en otros sistemas (en este caso, el propio universo primitivo) es un área de investigación muy apasionante en el momento."
La investigación abre nuevas vías en la comprensión del universo temprano, así como de las transiciones de fase cuánticas ferromagnéticas.
Este experimento innovador es sólo el primer paso en la exploración de la desintegración del vacío. El objetivo final es encontrar la caída del vacío a la temperatura del cero absoluto, donde el proceso es impulsado puramente por fluctuaciones cuánticas del vacío. Un experimento en Cambridge, apoyado por Newcastle como parte de una colaboración nacional QSimFP, tiene como objetivo hacer precisamente esto.
Más información: A. Zenesini et al, Falsa decadencia del vacío mediante formación de burbujas en superfluidos ferromagnéticos, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02345-4
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Newcastle
