Universo podendo desaparecer: entenda o decaimento do vácuo

Um dos cenários mais radicais para o fim do Universo é o chamado decaimento do vácuo, um evento tão repentino que não permitiria qualquer aviso prévio.

A concepção comum de vácuo é a de um espaço vazio, destituído de matéria ou energia. Contudo, na física, o vácuo representa o estado de menor energia possível de um campo quântico. Dentro desse “vazio” ocorrem flutuações quânticas, campos fundamentais permeiam o espaço e pares de partículas e antipartículas se formam constantemente. Mesmo em seu estado fundamental, esses campos exibem valores de energia.

Um campo que ganhou destaque é o campo de Higgs, responsável por conferir massa às partículas elementares. O valor esperado desse campo no vácuo define o estado de equilíbrio do Universo. No entanto, medições da massa do bóson de Higgs e do quark top sugerem que esse estado pode não representar a energia mínima absoluta. Isso implica que o vácuo atual pode ser um estado de energia mais elevado, um “falso vácuo”.

Se o Universo estiver em um estado de energia superior ao fundamental, ele se encontra em um estado metaestável. Esse estado poderia decair para um vácuo mais estável devido a uma flutuação quântica extrema ou evento energético. Esse fenômeno, o decaimento do vácuo, desencadearia um efeito dominó, propagando-se na velocidade da luz.

O vácuo, portanto, é o estado quântico de menor energia dos campos fundamentais. Mesmo nesse estado, ele é dinâmico, com partículas e antipartículas surgindo e desaparecendo devido a flutuações quânticas, que geram efeitos observáveis como o efeito Casimir e a polarização do vácuo.

Na física de partículas, o vácuo quântico funciona como um tecido onde se manifestam todas as propriedades das partículas e interações fundamentais. O vácuo possui uma densidade de energia associada, relacionada à constante cosmológica e à expansão do Universo. Cada campo possui um valor de expectativa no vácuo, definindo as propriedades das partículas e interações. O valor não nulo do campo de Higgs, por exemplo, confere massa às partículas.

O campo de Higgs, descoberto em 2012 pelo Large Hadron Collider (LHC), permeia todo o espaço e está ligado à origem da massa das partículas fundamentais. As partículas interagem com esse campo, gerando inércia, que percebemos como massa. A intensidade dessa interação determina a massa da partícula.

A energia do vácuo, associada ao campo de Higgs, pode estar relacionada à constante cosmológica observada. Contudo, há uma discrepância entre o valor previsto pela teoria quântica de campos e o valor calculado e observado experimentalmente.

Essa diferença abre espaço para o decaimento do vácuo. Se o estado atual do vácuo quântico não for o verdadeiro estado fundamental, flutuações quânticas suficientemente grandes poderiam levar uma região do espaço a decair para um estado mais estável.

Esse processo iniciaria uma transição espontânea para um novo vácuo com propriedades físicas distintas. Expandindo-se à velocidade da luz, converteria todo o espaço no novo estado de vácuo, alterando as constantes fundamentais e os campos associados, invalidando as leis da Física como as conhecemos.

A questão central é se o Universo se encontra em um estado metaestável. Observações e medições do bóson de Higgs e do quark top sugerem que sim. Os valores atuais das massas dessas partículas, obtidos no LHC, indicam que o mínimo de energia associado ao campo de Higgs pode ser um mínimo local, e não o global.

Isso implica a existência de um estado de energia ainda mais baixa, um “vácuo verdadeiro” para o qual o Universo poderia decair. No entanto, as estimativas atuais apontam para uma probabilidade extremamente baixa desse decaimento ocorrer em um futuro próximo. O tempo de vida esperado desse estado metaestável é muito maior do que a idade atual do Universo, indicando que o vácuo em que vivemos é estável o suficiente para persistir por um longo período.

Fonte: www.tempo.com