Cómo la física de la nada subyace en todo

La mayoría de los campos cuánticos que llenan nuestro universo tienen un único estado preferido en el que permanecerán por la eternidad. La mayoría, pero no todos.

Verdaderos y falsos vacíos

En la década de 1970, los físicos comenzaron a apreciar la importancia de una clase diferente de campos cuánticos cuyos valores prefieren ser distintos de cero, incluso en promedio. Tal "campo escalar" es como una colección de péndulos que se mueven a través de, digamos, un ángulo de grados 10. Esta configuración podría ser el estado fundamental: los péndulos prefieren este ángulo y son estables.

En 2012, los experimentadores del Gran Colisionador de Hadrones demostraron que un campo escalar conocido como campo de Higgs impregna el universo. Originalmente, en el cálido universo primitivo, sus péndulos apuntaban hacia abajo. Pero a medida que el espacio se enfrió, el campo de Higgs cambió de estado, al igual que el agua puede congelarse y convertirse en hielo, y todos sus péndulos se elevaron en el mismo ángulo (este valor de Higgs distinto de cero es lo que le da a muchas partículas elementales la propiedad conocida como tabla).

Con campos escalares alrededor, la estabilidad del vacío no es necesariamente absoluta. Los péndulos de campo pueden tener múltiples ángulos semiestables y una tendencia a cambiar de una configuración a otra. Los teóricos no están seguros de si el campo de Higgs, por ejemplo, ha encontrado su configuración favorita absoluta: el verdadero vacío. argumentó que el estado actual del campo, aunque ha persistido durante 13.800 millones de años, es solo temporalmente estable o "metaestable".

Si es así, los buenos tiempos no durarán para siempre En la década de 1980, los físicos Sidney Coleman y Frank de Lucia describieron cómo falso vacío de un campo escalar puede "desmoronarse". En un momento dado, si suficientes péndulos en algún lugar se abren camino hacia un ángulo más favorable, arrastrarán a sus vecinos para encontrarlos, y una burbuja de verdadero vacío volará hacia afuera a casi la velocidad de luz Reescribirá la física sobre la marcha, destruyendo átomos y moléculas a su paso. (No se asuste. Incluso si nuestro vacío es solo metaestable, dada su resistencia hasta ahora, es probable que dure miles de millones de años).

En la variabilidad potencial del campo de Higgs, los físicos han identificado la primera de una cantidad virtualmente infinita de formas en que la nada puede matarnos a todos.

Más problemas, más vacíos

A medida que los físicos intentaban encajar las leyes confirmadas de la naturaleza en un conjunto más grande (llenando vacíos gigantes en nuestra comprensión en el proceso), produjeron teorías candidatas de la naturaleza con campos adicionales y otros ingredientes.

A medida que los campos se acumulan, interactúan, influyen en los péndulos de los demás y crean nuevas configuraciones mutuas en las que les gusta quedarse atrapados. Los físicos visualizan estos vacíos como valles en el "paisaje energético" cambiante. Los diferentes ángulos del péndulo corresponden a diferentes cantidades de energía, o elevaciones en el paisaje energético, y el campo tiende a disminuir su energía al igual que una piedra tiende a rodar hacia abajo. El valle más profundo es el estado fundamental, pero la piedra puede detenerse: al menos por algún tiempo, en un valle más alto.

Hace unas décadas, el paisaje explotó en escala. Los físicos Joseph Polczynski y Raphael Busso estudiaron algunos aspectos de la teoría de cuerdas, el marco matemático rector para describir el lado cuántico de la gravedad. La teoría de cuerdas solo funciona si el universo tiene unas 10 dimensiones, con las extra comprimidas en formas demasiado pequeñas para ser detectadas. Polchinski y Busso calculado en 2000 que tales dimensiones adicionales podrían plegarse en una miríada de formas, cada forma de plegarse formaría un vacío separado con sus propias leyes físicas.

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