¿Qué pasaría si el universo simplemente desapareciera? La ciencia aclara qué es la desintegración del vacío

En el lenguaje común, se considera que el vacío es la ausencia total de algo, ya sea materia o energía. Sin embargo, el vacío es en realidad el estado de energía más bajo posible de un campo cuántico. Dentro de este vacío, existen fluctuaciones cuánticas, campos fundamentales que lo impregnan todo, e incluso la formación de pares partícula-antipartícula. Estos campos poseen valores de energía incluso en su estado fundamental.

Uno de los campos que ha adquirido gran relevancia en las últimas décadas es el campo de Higgs, responsable de la masa de las partículas elementales. El valor esperado del campo de Higgs en el vacío define el estado de equilibrio del universo. Sin embargo, mediciones como la masa del bosón de Higgs y del quark top sugieren que este estado podría no ser el de mínima energía absoluta. En otras palabras, el vacío actual podría no ser el "verdadero vacío", sino un estado de mayor energía.

Si el universo se encuentra en un estado de energía superior al fundamental, esto indicaría que podría estar en un estado metaestable. Al no ser el mínimo absoluto, este estado podría decaer en un vacío más estable debido a una fluctuación cuántica extrema o un evento energético. Este evento se denominaría desintegración del vacío y funcionaría como un efecto dominó, propagándose a la velocidad de la luz.

¿Qué es el vacío?

El vacío representa el estado de energía cuántica más bajo posible de todos los campos fundamentales del universo. Incluso en este estado, el vacío es dinámico, con partículas y antipartículas que aparecen y desaparecen constantemente debido a fluctuaciones cuánticas. Estas fluctuaciones tienen efectos observables, como el efecto Casimir y la polarización del vacío.

Además, el vacío posee una densidad de energía asociada relacionada con la constante cosmológica y la expansión del universo. Cada campo tiene un valor esperado en el vacío, y este valor define las propiedades de las partículas y sus interacciones. En el caso del campo de Higgs, por ejemplo, el valor esperado no nulo del vacío es lo que confiere masa a las partículas.

Campo de Higgs

El campo de Higgs se popularizó tras el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, anunciado por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Este campo es un campo cuántico fundamental que impregna todo el espacio y está vinculado al origen de la masa de las partículas fundamentales. Según el Modelo Estándar, las partículas interactúan con el campo de Higgs, y esta interacción genera inercia, que percibimos como masa. Cuanto más intensa es la interacción de una partícula con el campo, mayor es su masa.

El campo de Higgs también está asociado a la energía del vacío, ya que presenta un valor esperado distinto de cero incluso en su estado fundamental. Esta energía del vacío podría estar relacionada con la constante cosmológica observada. Sin embargo, existe una diferencia entre el valor predicho por la teoría cuántica de campos y el valor calculado y observado experimentalmente.

Desintegración del vacío

Esta diferencia abre la puerta a un fenómeno conocido como desintegración del vacío.

Debido a esto, observamos diferencias entre los valores esperados y los valores observados. Por lo tanto, fluctuaciones cuánticas suficientemente grandes podrían permitir que una región del espacio decaiga hacia este estado más estable.

Al comenzar este proceso, se iniciaría una transición espontánea a un nuevo vacío con propiedades físicas diferentes. Este proceso sería un efecto dominó, expandiéndose a la velocidad de la luz y convirtiendo todo el espacio en el nuevo estado de vacío. Las leyes de la física dejarían de aplicarse dentro de esta burbuja, ya que las constantes fundamentales y los campos asociados asumirían nuevos valores.

¿Nos encontramos en un estado metaestable?

Esto nos lleva a preguntarnos si realmente es posible que el universo se encuentre en un estado metaestable. Las observaciones y mediciones de las propiedades del bosón de Higgs y del quark top indican que sí. Los valores actuales de las masas de estas partículas, obtenidos en experimentos en el LHC, sugieren que el mínimo de energía asociado al campo de Higgs no es el mínimo global verdadero, sino solo un mínimo local.

Esto significa que existe otro estado de energía aún menor, un "verdadero vacío", en el que el universo podría, en principio, desintegrarse. Sin embargo, las mismas estimaciones indican que la probabilidad de que esta desintegración ocurra en un futuro próximo es prácticamente nula. La vida útil esperada de este estado metaestable supera la edad actual del universo en muchos órdenes de magnitud. En otras palabras, el vacío en el que vivimos es lo suficientemente estable como para persistir durante mucho más tiempo.