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Giovedì, Agosto 06, 2020
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Il futuro oscuro del nostro Universo

Se il modello standard della fisica delle particelle è corretto, e se la massa del Bosone di Higgs è quella misurata grazie agli esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, allora l'universo è metastabile: cioè stabile su tempi cosmologici, ma destinato a un inevitabile collasso. È questa la conclusione di un nuovo studio teorico condotto da Vadim A. Bednyakov del Joint Institute for Nuclear Research di Dubna, in Russia, che firma con i colleghi un articolo apparso sulla rivista "Physical Review Letters".

Nella meccanica quantistica, un sistema può trovarsi in uno stato di “vero” vuoto, stabile, che corrisponde alla minima energia globale, oppure in uno stato di vuoto “falso”, che corrisponde al minimo dell'energia solo localmente. Questa situazione può essere immaginata in prima approssimazione come l'analogo delle montagne russe, in cui i punti più elevati sono punti di massimo del potenziale gravitazionale e quelli più bassi come i punti di minimo: una vettura può trovarsi ferma in una piccola “valle”, che è un punto di minimo solo locale dell'energia potenziale gravitazionale. In questo caso, lo stato della vettura è metastabile, perché con una piccola spinta la vettura può finire in una discesa molto ripida.

Il futuro dell'universo è un abisso senza fondo?

Lo stato fondamentale dell'universo dipende dal campo di Higgs: se l'universo si trova neL minimo globale dell'energia – uno stato di vuoto “vero” – allora è stabile. Ma se il minimo è locale ed esiste un minimo più profondo, il vuoto è “falso”: l'universo potrebbe muoversi verso uno stato di vuoto vero con conseguenze catastroficheL'universo nel suo insieme è rimasto nello stato attuale per circa 10 miliardi di anni, ma questo non consente di affermare se è stabile o solo metastabile: se si trova nel suo stato di minima energia globale, il suo futuro non è a rischio, mentre se si trova in un punto di minimo locale, significa che il suo stato potrebbe evolvere, prima o poi, verso un abisso senza fondo, passando per stati in cui la vita è impossibile.

Per azzardare qualche previsione, l'unico modo è fare riferimento alla fisica delle particelle elementari, le cui caratteristiche e il cui comportamento sono strettamente collegati alla storia e al destino dell'universo. Proprio in relazione al problema del vuoto, il campo di Higgs e il bosone omonimo, che può essere pensato come un'increspatura del campo corrispondente, hanno un ruolo privilegiato.

Se si elimina idealmente tutta la materia, lo spazio in realtà non è vuoto, ma riempito in modo uniforme dal campo di Higgs: in questo modo, l'energia è inferiore a quella che si avrebbe se lo spazio fosse effettivamente vuoto. Il campo di Higgs è da immaginare come un “mare” in cui è immerso ogni corpo: la resistenza all'accelerazione che ne deriva è quella che in fisica viene chiamata massa.

Questo è il contesto in cui la massa del bosone di Higgs è decisiva per determinare il destino dell'universo: secondo Bednyakov e colleghi, il suo valore misurato con LHC, insieme con quello del quark top, la particella elementare più massiccia, indica un universo metastabile. I valori dei parametri sono però vicini alla regione di assoluta stabilità, già indicata da precedenti studi. Se solo il valore di questi parametri fosse solo 1,3 deviazioni standard dalla miglior stima attuale, è possibile che l'universo sia assolutamente stabile.


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