Una recente collaborazione tra l’Istituto nazionale di ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO), il Dipartimento di fisica dell’Università di Trento, il Tifpa – Centro Nazionale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – e un team di ricercatori guidati dal cosmologo Ian Moss dell’Università di Newcastle potrebbe aver fatto luce sui meccanismi che determinano la stabilità del nostro universo.
Secondo la fisica moderna, l’universo nasce dall’interazione tra particelle e campi e si troverebbe in una configurazione di equilibrio detta di falso vuoto, ovvero uno stato in parte “stabile” e caratterizzato da un livello di energia che non corrisponde al minimo assoluto possibile. Questo permette la transizione verso livelli di energia più bassi, a causa di fluttuazioni di energia di origine quantistica o termica che porterebbero a “decadere” nello stato veramente stabile a energia minore, detto di vero vuoto. Si tratta di un processo che può avvenire su scale di tempo diverse e prevede la formazione di “bolle” di vero vuoto all’interno del falso vuoto.
Il fenomeno ha implicazioni molto importanti sui processi cosmologici tanto che la comunità scientifica continua a domandarsi: in che tipo di vuoto si trova il nostro universo?
Una risposta a tale domanda arriva dai laboratori del Pitaevskii Center for Bose-Einstein Condensation di Trento dove i ricercatori hanno preparato una “nuvola” di atomi ultrafreddi di sodio che simula uno stato di falso vuoto. Al variare dei parametri sperimentali, hanno poi osservato dopo quanto tempo gli atomi cambiavano configurazione raggiungendo lo stato di vero vuoto.
Oltre a verificare che il comportamento degli atomi fosse compatibile con le simulazioni numeriche del sistema, gli studiosi si sono assicurati che le più accreditate teorie di decadimento del falso vuoto fossero compatibili con le osservazioni sperimentali effettuate.
Il risultato, ha spiegato Alessandro Zenesini, ricercatore del CNR-INO che ha lavorato per primo allo studio insieme con i colleghi Giacomo Lamporesi e Alessio Recati, è che “gli atomi ultrafreddi si confermano una volta ancora come una piattaforma ideale per la simulazione quantistica sia dell’estremamente piccolo che dell’estremamente grande: in questo caso abbiamo usato le proprietà magnetiche degli atomi per creare artificialmente un vero e un falso vuoto in un ambiente sperimentale estremamente stabile e controllato. Questo controllo del condensato ci ha permesso di studiare il decadimento del falso vuoto in diverse condizioni sperimentali e confrontare le osservazioni con le previsioni teoriche”. Gabriele Ferrari, dell’Università di Trento, ha aggiunto come i risultati di questo studio, recentemente pubblicati nell’ultimo numero della rivista Nature Physics, abbiano una portata altamente innovativa. Si tratta di una scoperta che rappresenta un primo passo verso la validazione di teorie finora astratte e che avvia nuove ricerche nel campo della biochimica e della computazione quantistica.
