Un esperimento condotto in Italia, con il supporto teorico dell'Università di Newcastle, ha prodotto la prima prova sperimentale del decadimento del vuoto.
Nella teoria quantistica dei campi, quando uno stato non così stabile si trasforma in un vero stato stabile, si chiama "falso decadimento del vuoto". Ciò avviene attraverso la creazione di piccole bolle localizzate. Sebbene il lavoro teorico esistente possa prevedere la frequenza con cui si verifica la formazione di bolle, non ci sono molte prove sperimentali.
Il laboratorio di atomi ultrafreddi del Centro Pitaevskii per la Condensazione di Bose-Einstein di Trento riporta per la prima volta l'osservazione di fenomeni legati alla stabilità del nostro universo. Il risultato nasce dalla collaborazione tra l'Università di Newcastle, l'Istituto Nazionale di Ottica del CNR, il Dipartimento di Fisica dell'Università di Trento e Tifpa-Infn, ed è stato pubblicato su Nature Physics .
I risultati sono supportati sia da simulazioni teoriche che da modelli numerici, confermando l'origine del campo quantistico del decadimento e la sua attivazione termica, aprendo la strada all'emulazione di fenomeni di campo quantistico fuori equilibrio nei sistemi atomici.
L'esperimento utilizza un gas superraffreddato a una temperatura inferiore a un microKelvin dallo zero assoluto. A questa temperatura, si vedono bolle emergere mentre il vuoto decade e il professor Ian Moss dell'Università di Newcastle e il dottor Tom Billam sono stati in grado di dimostrare in modo conclusivo che queste bolle sono il risultato del decadimento del vuoto attivato termicamente.
Ian Moss, professore di cosmologia teorica presso la Scuola di Matematica, Statistica e Fisica dell'Università di Newcastle, ha dichiarato:"Si ritiene che il decadimento del vuoto svolga un ruolo centrale nella creazione dello spazio, del tempo e della materia nel Big Bang, ma fino ad ora nessun test sperimentale. Nella fisica delle particelle, il decadimento nel vuoto del bosone di Higgs altererebbe le leggi della fisica, producendo quella che è stata descritta come la "catastrofe ecologica definitiva".
Il dottor Tom Billam, docente senior di matematica applicata e quantistica, ha aggiunto:"Utilizzare la potenza degli esperimenti sugli atomi ultrafreddi per simulare analoghi della fisica quantistica in altri sistemi - in questo caso lo stesso universo primordiale - è un'area di ricerca molto entusiasmante al momento."
La ricerca apre nuove strade nella comprensione dell'universo primordiale, nonché delle transizioni di fase quantistica ferromagnetica.
Questo esperimento rivoluzionario è solo il primo passo nell’esplorazione del decadimento del vuoto. L'obiettivo finale è trovare il decadimento del vuoto alla temperatura dello zero assoluto, dove il processo è guidato esclusivamente dalle fluttuazioni quantistiche del vuoto. Un esperimento a Cambridge, sostenuto da Newcastle nell'ambito di una collaborazione nazionale QSimFP, mira a fare proprio questo.
Ulteriori informazioni: A. Zenesini et al, Falso decadimento del vuoto tramite formazione di bolle in superfluidi ferromagnetici, Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02345-4
Informazioni sul giornale: Fisica della Natura
Fornito dall'Università di Newcastle
