Físicos simulam o processo quântico que pode destruir o Universo

Embora o nosso Universo pareça incrivelmente estável, podes estar perante um estado temporário de falsa calma que pode romper-se num piscar de olhos. Efetivamente, consideramos o vácuo como o estado de menor energia do Universo, mas é possível que exista um estado de energia ainda mais baixa e significativamente mais estável. Por isso, se uma bolsa do espaço fizesse a transição repentina para esse estado, poderia expandir-se e engolir o Universo à velocidade da luz, reescrevendo todas as leis da física pelo caminho. Apresentamos-te o decaimento do falso vácuo, um dos conceitos mais aterradores de toda a teoria quântica. Uma equipa liderada por físicos da Universidade de Tsinghua, na China, encontrou agora uma forma brilhante de simular isto num ambiente de laboratório seguro. Na prática é um processo quântico que pode destruir o universo.

Processo quântico que pode destruir o Universo: o problema das duas físicas

Antes de mais, precisas de entender a motivação por trás desta experiência tão peculiar. As equações da relatividade são extremamente boas a descrever como a física opera no Universo em grandes escalas e a altas velocidades. Contudo, quando entras no reino extremamente pequeno que existe à escala atómica e subatómica, a relatividade deixa de ser a ferramenta certa para descrever o comportamento da matéria.

Neste sentido, a melhor ferramenta atual para esse trabalho minucioso é a teoria quântica de campos. Como resultado, quando estão confinadas às suas próprias áreas de atuação, ambas as teorias funcionam perfeitamente. O grande problema surge em condições extremas, onde as duas se sobrepõem e a matemática se complica. Como não existe um modelo que unifique ambos os reinos, os físicos adoram testar estes pontos de colisão para tentar encontrar uma teoria universal.

A ameaça da bolha de energia

Uma das previsões mais fascinantes da teoria quântica de campos é que não existe um vácuo totalmente perfeito. Aquilo a que chamamos o vácuo do espaço é apenas o estado de menor energia de um campo quântico. Adicionalmente, para perceberes melhor, imagina uma paisagem com vários lagos, onde uns são mais fundos do que outros, e por baixo deles existe uma bacia ainda mais funda. Se um túnel se abrir no fundo de um desses lagos, a água vai escoar inevitavelmente para essa bacia mais profunda.

Desta forma, se algo semelhante acontecesse no vácuo do espaço, a anomalia não ficaria contida. Em vez de água a escorrer, uma pequena região do espaço passaria para este estado de energia mais baixa, formando uma espécie de bolha quântica. Consequentemente, essa bolha não ficaria parada. Se ultrapassasse um tamanho crítico, expandir-se-ia para o exterior a uma velocidade próxima da da luz, convertendo absolutamente tudo o que tocasse nesse novo e desconhecido estado. O processo exige a união da teoria quântica com a relatividade para ser totalmente compreendido.

A simulação segura em laboratório

Entretanto podes ficar descansado, pois a experiência de laboratório não envolveu mexer com uma bolsa de vácuo real para a virar do avesso. Os investigadores usaram um substituto engenhoso constituído por um anel de átomos de Rydberg. Num átomo normal, tens um núcleo rodeado por um enxame apertado de eletrões. Se adicionares muita energia sob condições específicas, o átomo incha bastante e os eletrões ficam extremamente soltos.

Paralelamente, os investigadores organizaram um número par destes átomos dilatados num anel, criando um padrão simétrico e alternado de rotações. Depois, excitaram os átomos com lasers superpotentes, quebrando a simetria inicial. Isto permitiu que o anel existisse em dois padrões com estados de energia ligeiramente diferentes, representando o falso vácuo e o verdadeiro vácuo.

Este anel altamente instável começou a decair para um estado base preferencial, a um ritmo que dependia diretamente da força do laser aplicado. O processo observado é totalmente consistente com o mecanismo que os cientistas acreditam impulsionar o decaimento do falso vácuo no espaço profundo. Portanto, embora a experiência não revele diretamente nada de novo sobre a destruição do Universo, confirma as previsões teóricas sobre a forma como o fenómeno se desenrolaria na prática. Por conseguinte, a equipa criou um novo recreio científico para investigar a zona selvagem onde a física quântica e a relatividade colidem violentamente.