A versão original de esta história apareceu em Revista Quanta.
A decadência do vácuo, um processo que poderia acabar com o universo como o conhecemos, pode acontecer 10.000 vezes mais cedo do que o esperado. Felizmente, isso ainda não acontecerá por muito, muito tempo.
Quando os físicos falam de “vácuo”, o termo soa como se se referisse ao espaço vazio, e em certo sentido é o que acontece. Mais especificamente, refere-se a um conjunto de padrões, como configurações em uma placa de controle. Quando os campos quânticos que permeiam o espaço ficam nesses valores padrão, você considera o espaço vazio. Pequenos ajustes nas configurações criam partículas – aumente um pouco o campo eletromagnético e você obterá um fóton. Grandes ajustes, por outro lado, são mais bem considerados como novos padrões. Eles criam uma definição diferente de espaço vazio, com características diferentes.
Um campo quântico é especial porque seu valor padrão pode mudar. Chamado de campo de Higgs, controla a massa de muitas partículas fundamentais, como elétrons e quarks. Ao contrário de todos os outros campos quânticos descobertos pelos físicos, o campo de Higgs tem um valor padrão acima de zero. Aumentar ou diminuir o valor do campo de Higgs aumentaria ou diminuiria a massa dos elétrons e outras partículas. Se a configuração do campo de Higgs fosse zero, essas partículas não teriam massa.
Poderíamos permanecer no padrão diferente de zero por toda a eternidade, não fosse a mecânica quântica. Um campo quântico pode “tunelar”, saltando para um novo valor de energia mais baixa, mesmo que não tenha energia suficiente para passar pelas configurações intermediárias de energia mais alta, um efeito semelhante ao túnel através de uma parede sólida.
Para que isso aconteça, você precisa ter um estado de energia mais baixa para o qual criar um túnel. E antes de construir o Grande Colisor de Hádrons, os físicos pensavam que o estado atual do campo de Higgs poderia ser o mais baixo. Essa crença agora mudou.
A curva que representa a energia necessária para diferentes configurações do campo de Higgs sempre foi conhecida por se assemelhar a um sombrero com a aba virada para cima. A configuração atual do campo de Higgs pode ser representada como uma bola apoiada na parte inferior da borda.
No entanto, correções quânticas sutis podem alterar a forma da curva. Os campos quânticos alimentam energia entre si. As interações quânticas entre os elétrons e o campo eletromagnético alteram os níveis de energia dos átomos, por exemplo – um efeito descoberto na década de 1940.
Para o campo de Higgs, a curvatura da borda do sombrero é determinada pela massa do bóson de Higgs, a partícula elementar que transmite os efeitos do campo de Higgs, que foi descoberta no Large Hadron Collider em 2012. Correções adicionais na forma da curva vêm de partículas que interagem fortemente com o Higgs: aquelas com grande massa como o quark top, a partícula elementar mais pesada conhecida. Ao comparar a massa do bóson de Higgs com a do quark top, os físicos pensam agora que o sombrero provavelmente afunda novamente. Numa configuração muito mais elevada do campo de Higgs, existe um estado de energia mais baixa.
Nesse caso, o campo de Higgs deveria eventualmente entrar em túnel para esse estado, ou “decadência”. Essa decadência começaria num lugar e depois se espalharia, formando uma bolha esférica crescendo à velocidade da luz, transformando o universo. As partículas fundamentais se tornariam muito mais pesadas, de modo que seriam atraídas umas contra as outras pela gravidade com mais força do que pelas outras forças que as mantinham separadas. Os átomos entrariam em colapso.
No entanto, não iremos criar um túnel para essa configuração mais alta de Higgs tão cedo. Os físicos estimam as chances de decaimento do vácuo de diferentes maneiras. No método mais direto, eles registram as diferentes transformações que seriam necessárias para levar o campo de um valor a outro – transformações que violam a conservação da energia, que a mecânica quântica permite que aconteça brevemente – ponderando cada cenário de acordo com até que ponto isso viola regras como conservação de energia. De acordo com essas estimativas, um gigaparsec cúbico de espaço verá o decaimento do vácuo uma vez a cada 10794 anos, ou o dígito 1 seguido de 794 zeros – um intervalo de tempo absurdo. Apenas 1010 anos se passaram desde o Big Bang.
Recentemente, um grupo de físicos na Eslovênia afirmou ter encontrado um pequeno erro no cálculo, que acelera o fim do universo como o conhecemos para 10790 anos, em vez de 10794. Embora uma mudança por um factor de 10.000 possa parecer enorme, é muito menor do que a incerteza de outras partes do cálculo. O mais importante: nenhuma destas incertezas é suficientemente grande para atravessar os eras que existem entre nós e os horrores da decadência do vácuo.
História original reimpresso com permissão de Revista Quanta, uma publicação editorialmente independente do Fundação Simons cuja missão é melhorar a compreensão pública da ciência, cobrindo desenvolvimentos e tendências de pesquisa em matemática e ciências físicas e biológicas.