Um grupo de físicos da Universidade Tsinghua, na China, conseguiu reproduzir em laboratório um dos cenários mais intrigantes da física teórica: a desintegração do falso vácuo. O fenômeno, previsto pela teoria quântica de campos, descreve a possibilidade de que o Universo esteja em um estado apenas aparentemente estável e possa, em circunstâncias extremamente improváveis, sofrer uma transição para um estado de energia ainda menor.
Embora esse cenário esteja muito longe de representar um risco real, o experimento oferece uma nova forma de estudar processos fundamentais que podem aproximar a física quântica da relatividade geral.
Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters.
O que é o falso vácuo?
Na física quântica, o vácuo não representa um espaço completamente vazio.
Segundo a teoria quântica de campos, ele corresponde ao estado de menor energia que um campo quântico pode assumir. No entanto, esse estado nem sempre precisa ser o mais estável possível.
É possível que existam níveis de energia ainda mais baixos, separados por barreiras energéticas. Nesse caso, o Universo poderia estar preso em um estado chamado de falso vácuo, que parece estável, mas não representa o verdadeiro estado mínimo de energia.
Uma analogia bastante utilizada pelos físicos compara essa situação a um vale.
Imagine uma bola parada em um vale relativamente profundo. Ela parece estável, mas existe outro vale ainda mais baixo do outro lado de uma montanha. Enquanto permanecer ali, nada acontece. Porém, se conseguir atravessar essa barreira, ela cairá definitivamente no vale mais profundo.
O túnel quântico pode tornar isso possível
Na mecânica clássica, atravessar essa barreira exigiria energia suficiente para superar a montanha.
Já na mecânica quântica existe um fenômeno conhecido como efeito túnel.
Graças às propriedades probabilísticas das partículas, existe uma pequena chance de que elas atravessem uma barreira energética mesmo sem possuir energia suficiente para ultrapassá-la da forma convencional.
Aplicado ao falso vácuo, esse mecanismo permitiria que uma pequena região do espaço passasse espontaneamente para o chamado vácuo verdadeiro.
Caso isso acontecesse, surgiria uma bolha desse novo estado de energia que se expandiria em todas as direções a uma velocidade próxima à da luz, alterando as propriedades fundamentais do espaço por onde passasse.
Uma hipótese proposta há mais de 50 anos
Essa possibilidade foi apresentada na década de 1970 pelo físico norte-americano Sidney Coleman.
Segundo sua hipótese, todo o Universo observável poderia estar atualmente em um estado metaestável.
Se a transição para o verdadeiro vácuo ocorresse em algum ponto do cosmos, ela se propagaria continuamente, modificando as leis físicas naquela região.
Até hoje, porém, essa ideia permanece apenas como uma possibilidade teórica extremamente remota.
Como os cientistas recriaram esse fenômeno
Como é impossível testar esse processo em escala cosmológica, os pesquisadores chineses desenvolveram uma simulação controlada utilizando átomos de Rydberg.
Esses átomos possuem elétrons extremamente afastados do núcleo, tornando-se muito sensíveis a campos elétricos e ideais para experimentos de simulação quântica.
Os cientistas organizaram os átomos em formato de anel e alinharam seus spins de maneira alternada.
Em seguida, utilizaram um laser para romper essa simetria, criando dois estados de energia diferentes.
Um deles representava o falso vácuo; o outro, o verdadeiro vácuo.
Segundo os pesquisadores, foi possível construir um “paisagem energética” artificial que permitiu observar, em tempo real, o processo de tunelamento quântico responsável pela transição entre os dois estados.
Os resultados confirmaram as previsões teóricas
Os experimentos mostraram que, quanto maior era a intensidade do laser, mais rapidamente o falso vácuo simulado se tornava instável.
Os cientistas também observaram a formação de uma pequena bolha correspondente ao verdadeiro vácuo dentro do sistema, exatamente como preveem os modelos matemáticos desenvolvidos para descrever esse fenômeno.
O comportamento medido apresentou uma taxa de decaimento aproximadamente exponencial, em concordância com as previsões da teoria quântica de campos.
O Universo corre algum risco?
A resposta curta é não.
O experimento não indica que o Universo esteja prestes a sofrer uma desintegração do falso vácuo nem oferece qualquer evidência de que esse processo realmente ocorrerá.
O estudo demonstra apenas que os mecanismos previstos pela teoria podem ser reproduzidos em laboratório por meio de sistemas quânticos altamente controlados.
Ainda assim, a pesquisa representa um avanço importante para a física fundamental.
Ao reproduzir um dos fenômenos mais complexos previstos pela teoria quântica de campos, os cientistas ganham uma nova ferramenta para investigar questões que permanecem abertas, especialmente aquelas relacionadas à unificação entre a mecânica quântica e a relatividade geral.
Por enquanto, tudo indica que o Universo continua perfeitamente estável. E, segundo o conhecimento científico atual, não há qualquer sinal de que uma transição para o chamado verdadeiro vácuo esteja prestes a acontecer.
[ Fonte: DW ]
