• Ciência Surpreendente

Como a 'decadência do vácuo' poderia acabar com o universo

É possível que o bóson de Higgs esteja conectado a um cenário bizarro do fim do mundo para o universo.

• Eventualmente, o universo acabará. Criamos várias possibilidades, mas nenhuma é tão impressionante quanto a decadência do vácuo.
• Caso ocorra a decadência do vácuo, uma mudança no nível de energia do campo de Higgs faria com que uma 'bolha' de física quebrada se expandisse por todo o universo à velocidade da luz.
• Não sabemos com certeza se esse cenário é provável ou mesmo possível, mas entendê-lo pode ajudar a ampliar nossa compreensão das maneiras fundamentais pelas quais o universo funciona.

É um fato triste da vida que tudo tenha um fim, e o universo não é exceção. Com base em nosso conhecimento atual da física, temos alguns bons palpites sobre o que pode ocorrer. O universo pode esfriar até o ponto onde nada pode sobreviver , ou pode de repente colapso em si mesmo . No entanto, nenhum desses fins hipotéticos é tão perturbador quanto decadência do vácuo .

Nesse cenário perturbador, uma bolha surge em algum lugar do universo. Dentro da bolha, as leis da física são totalmente diferentes do que fora dela. A bolha se expande na velocidade da luz, eventualmente assumindo o controle de todo o universo. As galáxias se separam, os átomos não conseguem se manter unidos e as formas como as partículas interagem são fundamentalmente alteradas. Qualquer que seja a forma que o universo tome após este evento certamente não seria hospitaleiro para os humanos.

Como isso pôde acontecer?

Para entender a decadência do vácuo, primeiro precisamos entender o estado do vácuo. Para a maioria de nós, o vácuo se refere ao espaço sideral e outros lugares desprovidos de matéria. No entanto, o espaço sideral não está realmente vazio. Em vez disso, contém campos quânticos flutuantes que produzem as partículas responsáveis ​​pelas leis fundamentais da física em todo o nosso universo. Quando este espaço tem o mínimo de energia possível, é referido como estando no estado de vácuo. Não importa o que aconteça, esses campos quânticos ainda estão fazendo seu trabalho mantendo a estrutura da realidade unida.

Sabemos cerca de 17 partículas que surgem quando esses campos quânticos são excitados, que é apenas a maneira divertida como os físicos se referem a um campo quântico que recebeu energia. O fóton é um exemplo de uma dessas partículas, que percebemos como luz e é responsável pela radiação eletromagnética como raios-X e microondas também . Existem também quarks, que se tornam os prótons e nêutrons em nossos átomos. Outras partículas formam forças diferentes, como a força nuclear forte e a força nuclear fraca, que em última análise fornecem as regras de funcionamento do nosso universo.

Quando os campos quânticos subjacentes que formam essas partículas estão em seus estados de vácuo, o universo é estável. Por definição, um estado de vácuo não pode perder energia - se pudesse, a maneira como as partículas fundamentais funcionam também poderia mudar, o que significa que nosso universo poderia parar de funcionar da maneira que funciona.

A maioria dos campos quânticos parece estar em seus estados de vácuo, então eles são estáveis ​​e nós estamos seguros. No entanto, medir essas coisas é muito, muito difícil, e é possível que um campo quântico ainda não tenha alcançado seu estado de vácuo: o campo de Higgs.

O que o campo de Higgs tem a ver com a decadência do vácuo

Este gráfico mostra os estados de energia de um campo quântico hipotético. Estar em um falso vácuo é muito parecido com uma bola presa em um vale na encosta de uma colina; uma barreira impede que a bola role até o fundo até seu estado de vácuo real.

Wikimedia Commons

O campo de Higgs e seu bóson de Higgs associado são responsáveis ​​por porque as coisas têm massa. É por isso que os fótons não têm massa e os bósons Z têm bastante massa (para uma partícula quântica, pelo menos). Como tal, é muito importante para saber como as partículas fundamentais interagem umas com as outras.

É possível que o campo de Higgs tenha ficado 'preso' em um certo nível de energia. Pense nisso como rolar uma bola colina abaixo - todos os outros campos 'rolaram' para a base da colina, mas o campo de Higgs pode estar preso em um pequeno vale ao longo da encosta da colina, impedindo-o de chegar ao fundo.

Se a menor quantidade possível de energia que um campo pode ter é chamada de estado de vácuo, esse vale pode ser considerado um falso vácuo; parece estável, mas na verdade tem mais energia do que o campo de Higgs deseja. O que poderia fazer com que o campo de Higgs ficasse preso dessa forma envolve um pouco de matemática - para os propósitos deste artigo, o importante a saber é que os físicos acreditam que é possível que o campo de Higgs precise ir mais longe antes de atingir seu estado de vácuo.

O problema é que nosso universo depende das propriedades do campo de Higgs em seu estado atual. O que poderia empurrar o campo de Higgs para fora de seu vale? Provavelmente, seria necessária uma enorme quantidade de energia para fazer isso. Mas também pode acontecer por causa de um efeito estranho no mundo quântico chamado tunelamento quântico . Como as partículas quânticas se comportam como ondas, elas podem potencialmente passar por uma barreira, em vez de atravessá-la. Pense nisso como um túnel através da parede do vale que mantém o campo de Higgs no lugar.

As consequências da decadência do vácuo

Pablo Carlos Budassi via Wikimedia Commons

Se o campo de Higgs saísse de seu falso vácuo e descesse ao seu verdadeiro estado de vácuo, a física que governa nosso universo se desfaria. À medida que o delicado equilíbrio entre as partículas quânticas se desfaz, o campo de Higgs sairia de seu falso vácuo em um efeito dominó em todo o universo, chamado decaimento do vácuo. Uma bolha de decomposição do vácuo se espalharia por todo o universo à velocidade da luz. À medida que passa, tudo - a matéria, as forças do universo - deixaria de funcionar como atualmente.

O que acontece depois é totalmente desconhecido. As leis da física seriam totalmente alteradas, quase certamente tornando nossa existência impossível. Os átomos podem não se manter unidos, os produtos químicos podem reagir de maneiras novas e incertas e muitas outras coisas estranhas que não podemos conceber podem acontecer.

Felizmente, essa teoria é baseada em nossa compreensão atual do universo, que é incompleta. Não sabemos ao certo se o campo de Higgs está em um falso vácuo, apenas sabemos que poderia estar. Além disso, pode levar muito tempo para o campo de Higgs sair de seu falso vácuo, muito mais tempo do que você ou eu estaremos por perto. E, caso esse evento realmente ocorresse, não haveria nada que pudéssemos fazer para impedi-lo. Então, se a decadência do vácuo é de fato um possível fim para nossa existência, é simplesmente algo com o qual precisamos nos sentir confortáveis.

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