Existe una posibilidad –remota, pero no descartable– de que el universo en el que vivimos no sea del todo estable. Que lo que percibimos como el vacío del espacio no sea el estado más bajo de energía posible, sino apenas una especie de calma provisional, un equilibrio que, en teoría, podría romperse en cualquier momento.
Si eso ocurriera, se formaría una burbuja de "vacío verdadero" en un estado de menor energía que se expandiría hacia el exterior a una velocidad cercana a la de la luz, transformando el estado fundamental del espacio en las regiones que alcanzara. Sin previo aviso. Sin posibilidad de escapar.
Este escenario tiene nombre: desintegración del vacío falso. Y un equipo de físicos chinos acaba de simularlo en el laboratorio.
El vacío cuántico no es el vacío que imaginamos
Para entender qué está en juego, hay que partir de una idea poco intuitiva: el vacío del espacio no es realmente la ausencia de todo.
En el marco de la teoría cuántica de campos –el modelo más preciso que tenemos para describir la física a escalas microscópicas, al menos en ausencia de efectos gravitatorios–, el vacío corresponde a la configuración de menor energía en la que puede encontrarse un campo cuántico.
Sin embargo, esa configuración no tiene por qué ser la más estable posible: puede haber estados aún más bajos, separados por barreras energéticas, lo que abre la posibilidad de que el universo se encuentre en una situación solo aparentemente estable.
En otras palabras, si el paisaje energético del campo tiene varios mínimos locales, algunos de esos "suelos" podrían no ser el suelo definitivo. Como señala Phys.org, podríamos estar viviendo en un valle cómodo sin saber que hay otro valle más profundo justo al otro lado de una montaña.
En la teoría, ese estado falsamente estable se llama vacío falso o metaestable. Y el mecanismo por el que podría colapsar hacia el estado más estable –el vacío verdadero– es uno de los fenómenos más extraños de la física cuántica, el llamado efecto túnel.
Las partículas, en el mundo cuántico, pueden atravesar barreras de energía sin tener la energía necesaria para superarlas. Como si el túnel existiera, aunque nadie lo haya excavado.
Un universo en falso equilibrio: la hipótesis de Coleman
Fue el físico estadounidense Sidney Coleman quien, en la década de 1970, planteó que todo el universo observable podría encontrarse en un vacío falso de este tipo. Si así fuera, el colapso podría producirse en cualquier punto del espacio y expandirse de forma continua.
Obviamente, nadie puede probar esto a escala universal. Pero un equipo liderado por Yu-Xin Chao y Meng Khoon Tey, de la Universidad de Tsinghua en Pekín, encontró una manera de recrearlo a escala de laboratorio. Los resultados se publicaron en Physical Review Letters.
Átomos de Rydberg: simulando el vacío falso
La clave fue usar átomos de Rydberg, es decir, átomos a los que se ha añadido tanta energía que sus electrones externos orbitan a distancias enormes del núcleo, lo que los vuelve extremadamente sensibles a campos externos y especialmente útiles para simulaciones cuánticas controladas.
El equipo los dispuso en forma de anillo, con cada átomo alineando su espín en dirección opuesta a sus vecinos. Luego rompieron esa simetría con un láser, creando dos estados de energía ligeramente distintos; uno representaba el vacío falso y el otro, el verdadero.
"Diseñamos un paisaje energético a medida que nos permitió observar el proceso de túnel cuántico en tiempo real", explicó el coautor Meng Khoon Tey a Phys.org.
Los resultados respaldaron las predicciones teóricas. Según detalla el medio científico, cuanto más intenso era el láser, más rápido decaía el estado de vacío simulado, y lo hacía de forma aproximadamente exponencial.
El equipo también observó que el sistema formaba una burbuja de vacío verdadero en su interior, lo que aumentaba la probabilidad de que se produjera la transición, en línea con lo que predicen los modelos teóricos.
Qué nos dice –y qué no– este experimento
El experimento no resuelve si nuestro universo está en un estado metaestable ni permite saber si ese escenario llegaría a producirse alguna vez. Lo que sí demuestra es que los mecanismos propuestos por la teoría pueden reproducirse en condiciones controladas, ofreciendo una nueva vía para investigar la región en la que la teoría cuántica de campos y la relatividad general aún no encajan del todo.
En ese sentido, la desintegración del vacío falso funciona como un punto de encuentro entre ambos marcos: el desencadenante es un proceso cuántico, pero sus efectos se despliegan a escalas cosmológicas.
Con todo, se trata de un escenario extraordinariamente improbable. El universo, de momento, no parece tener prisa por cambiar.
