Primeiros indícios do fenômeno que pode destruir o Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/02/2024

É uma teoria especulativa, que tenta explicar a criação de tudo, o que também abre a perspectiva do fim de tudo.
[Imagem: WikiImages/Pixabay]

Criação e fim do Universo

Físicos das universidades de Trento (Itália) e Newcastle (Reino Unido) obtiveram o primeiro indício experimental de um fenômeno chamado "decaimento do falso vácuo".

A ocorrência real desse fenômeno pode ter sido responsável não apenas pela criação de tudo o que há no Universo, incluindo a matéria e o próprio espaço-tempo, como também poderá vir a ser responsável pela extinção de tudo, uma autêntica destruição final do Universo.

"Acredita-se que o decaimento do vácuo desempenhe um papel central na criação do espaço, do tempo e da matéria no Big Bang, mas até agora não havia nenhum teste experimental. Na física de partículas, o decaimento do vácuo do bóson de Higgs poderia alterar as leis da física, produzindo o que foi descrito como a 'catástrofe ecológica final'," disse o professor Ian Moss.

O decaimento do vácuo pode ser entendido como uma transição de fase. As transições de fase estão por todos os lados, como quando a água se transforma em gelo. Mas também existem transições de fase mais exóticas, que ocorrem a temperaturas próximas do zero absoluto e que são geradas não por flutuações termais, mas por flutuações quânticas - são estas transições de fase cosmológicas que interessam quando estamos falando da criação e da eventual destruição do Universo.

Na teoria quântica de campos, quando um estado não tão estável (falso vácuo) se transforma em um estado estável verdadeiro (vácuo verdadeiro), isso é chamado de "decaimento do falso vácuo", acontecendo através da criação de pequenas bolhas localizadas. Embora as teorias consigam prever com que frequência ocorre esta formação de bolhas, não há muitas evidências experimentais do processo.

Ilustração do experimento revelando o surgimento das bolhas de vácuo verdadeiro.
[Imagem: A. Zenesini et al. - 10.1038/s41567-023-02345-4]

Decaimento do falso vácuo

A equipe conseguiu agora o primeiro indício do decaimento do falso vácuo usando arranjos atômicos precisamente controlados - um gás superfrio, a menos de um microkelvin acima do zero absoluto -, mostrando a formação das bolhas em conformidade com as teorias.

O experimento confirma a origem do decaimento no campo quântico e sua ativação térmica, abrindo caminho para a emulação de fenômenos de campo quântico fora de equilíbrio em sistemas atômicos, como as transições de fase magnéticas - além, é claro, do entendimento do próprio surgimento do Universo e, eventualmente, do seu destino final.

"Usar o poder dos experimentos com átomos ultrafrios para simular análogos da física quântica em outros sistemas - neste caso, o próprio Universo primitivo - é uma área de pesquisa muito interessante no momento," disse o professor Tom Billam.

É um experimento inovador, mas também é apenas o primeiro passo na exploração do decaimento do vácuo: O experimento é um exemplo de um simulador quântico que reproduz um "análogo" da situação procurada e, ainda assim, um análogo imperfeito, uma vez que o componente termal está presente no experimento, mas a teoria diz que ele não existe no decaimento do falso vácuo.

Assim, o objetivo final é encontrar o decaimento do vácuo na temperatura do zero absoluto, onde o processo deve ser induzido puramente por flutuações quânticas do vácuo, sem qualquer componente térmico.

Ilustração da transição do falso vácuo usando um outro sistema atômico análogo.
[Imagem: Bo Cheng]

Como o decaimento do falso vácuo criou tudo

Alguns modelos teóricos estipulam que o estado inicial do Universo era metaestável, ou seja, não estava no seu menor estado de energia possível. Esse é o "falso vácuo", o que implica que haveria um "vácuo verdadeiro", que surgiria quando o falso vácuo decaísse - lembre-se de quando uma partícula radioativa se transforma em outra pelo decaimento.

Se, e somente se, o processo de decaimento do falso vácuo gerar uma bolha de vácuo verdadeiro, por minúscula que seja, ela irá se expandir à velocidade da luz, convertendo tudo no seu caminho (incluindo matéria, energia e até as leis da física) no novo estado de vácuo.

Isso tanto pode ter criado o Universo quanto poderá destruí-lo. Contudo, mesmo nos círculos mais entusiasmados da física e da cosmologia, essas teorias são tidas como "altamente especulativas".

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