Los físicos simulan el proceso cuántico que podría destruir el Universo

Aunque nuestro Universo parece increíblemente estable, es posible que estés experimentando un estado temporal de falsa calma que puede romperse en un abrir y cerrar de ojos. Efectivamente, consideramos que el vacío es el estado de menor energía del Universo, pero es posible que exista un estado de energía aún menor y significativamente más estable. Entonces, si una bolsa de espacio pasara repentinamente a este estado, podría expandirse y tragarse el Universo a la velocidad de la luz, reescribiendo todas las leyes de la física en el camino. Te presentamos la falsa desintegración del vacío, uno de los conceptos más aterradores de toda la teoría cuántica. Un equipo dirigido por físicos de la Universidad de Tsinghua en China ha encontrado una forma brillante de simular esto en un entorno de laboratorio seguro. En la práctica, se trata de un proceso cuántico que puede destruir el universo.

Proceso cuántico que podría destruir el Universo: el problema de dos físicas

En primer lugar, es necesario comprender la motivación detrás de esta peculiar experiencia. Las ecuaciones de la relatividad son extremadamente buenas para describir cómo opera la física en el Universo a gran escala y a altas velocidades. Sin embargo, cuando se ingresa al reino extremadamente pequeño que existe a escala atómica y subatómica, la relatividad ya no es la herramienta adecuada para describir el comportamiento de la materia.

En este sentido, la mejor herramienta actual para este trabajo detallado es la teoría cuántica de campos. Como resultado, cuando se limitan a sus propias áreas de especialización, ambas teorías funcionan perfectamente. El gran problema surge en condiciones extremas, donde ambos se superponen y las matemáticas se vuelven complicadas. Como no existe ningún modelo que unifique ambos ámbitos, a los físicos les encanta probar estos puntos de colisión para intentar encontrar una teoría universal.

La amenaza de la burbuja energética

Una de las predicciones más fascinantes de la teoría cuántica de campos es que no existe un vacío completamente perfecto. Lo que llamamos el vacío del espacio es simplemente el estado de energía más bajo de un campo cuántico. Además, para entenderlo mejor, imaginemos un paisaje con varios lagos, donde algunos son más profundos que otros, y debajo de ellos hay una cuenca aún más profunda. Si se abre un túnel en el fondo de uno de estos lagos, el agua inevitablemente desembocará en esta cuenca más profunda.

De esta forma, si ocurriera algo similar en el vacío del espacio, la anomalía no estaría contenida. En lugar de fluir agua, una pequeña región del espacio pasaría a este estado de menor energía, formando una especie de burbuja cuántica. En consecuencia, esta burbuja no se quedaría quieta. Si superara un tamaño crítico, se expandiría hacia el exterior a una velocidad cercana a la de la luz, convirtiendo absolutamente todo lo que tocara en este nuevo y desconocido estado. El proceso requiere para comprender plenamente la unión de la teoría cuántica con la relatividad.

Simulación segura en el laboratorio

Mientras tanto, puedes estar seguro de que el experimento de laboratorio no implicó manipular una bolsa de aspiradora real para darle la vuelta. Los investigadores utilizaron un ingenioso sustituto que consiste en un anillo de átomos de Rydberg. En un átomo normal, tienes un núcleo rodeado por un enjambre de electrones. Si se agrega mucha energía en condiciones específicas, el átomo se hincha mucho y los electrones se vuelven extremadamente sueltos.

Paralelamente, los investigadores organizaron un número par de estos átomos dilatados en un anillo, creando un patrón de rotaciones simétrico y alterno. Luego excitaron los átomos con láseres superpotentes, rompiendo la simetría inicial. Esto permitió que el anillo existiera en dos patrones con estados de energía ligeramente diferentes, que representan el vacío falso y el vacío verdadero.

Este anillo altamente inestable comenzó a descomponerse hasta un estado base preferido, a un ritmo que dependía directamente de la fuerza del láser aplicado. El proceso observado es totalmente consistente con el mecanismo que los científicos creen que impulsa la falsa desintegración del vacío en el espacio profundo. Por tanto, aunque el experimento no revela directamente nada nuevo sobre la destrucción del Universo, confirma las predicciones teóricas sobre cómo se desarrollaría el fenómeno en la práctica. Por lo tanto, el equipo creó un nuevo campo de juego científico para investigar la naturaleza donde la física cuántica y la relatividad chocan violentamente.