El universo podría estar dentro de una trampa y algo no lo deja salir

Bajo la calma aparente del cosmos late una sospecha, la de que todo descanse sobre un equilibrio provisional. Una burbuja capaz de alterar la materia es la pesadilla, pero quizá un cerrojo invisible la mantenga a raya.

Nada indica que el universo esté a punto de cambiar, pero hay físicos a quienes esa calma no los tranquiliza. Llevan años dándole vueltas a la idea de que la realidad tal como la conocemos no sea más que un estado provisional, y que algún día pueda transformarse de forma radical.

Para entender de dónde proviene esta sospecha hay que empezar por los campos cuánticos. No podemos observarlos, pero están presentes en todo el universo y, al igual que un campo magnético, pueden tener distintos valores según el lugar del espacio. De sus oscilaciones nacen las partículas que forman la materia, y entre todos ellos destaca el campo de Higgs, esencial para que muchas partículas elementales adquieran masa.

Estos campos, además, pueden encontrarse en distintos estados de energía y estabilizarse en mínimos energéticos, igual que una pelota rueda cuesta abajo hasta quedarse quieta. Cuando un campo llega a uno de esos mínimos, se dice que está en un estado de «vacío», un nombre que puede llevar a engaño.

«Cuando hablamos de vacío en cosmología, no nos referimos a algo completamente desprovisto de energía», explica David Wands, catedrático del Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth. Es decir, el vacío no es la nada, sino un estado en el que la energía del campo alcanza un mínimo.

Qué es el falso vacío

Para visualizarlo, sirve imaginar la pelota en un paisaje de montañas y valles. Esta representa el estado del campo y cada valle, un posible vacío. Puede descansar en el fondo de uno y parecer estable, aunque exista otro todavía más profundo. Ese valle más hondo sería el «vacío verdadero», el de menor energía de todos, y los demás serían entonces «vacíos falsos», estados en los que el campo puede quedar atrapado pese a existir otro de menor energía.

De ahí viene la inquietud. Según algunos cálculos del Modelo Estándar, el marco con el que la física explica las partículas elementales y tres de las cuatro fuerzas fundamentales, el campo de Higgs podría no estar en su valle más profundo sino en uno de esos vacíos falsos. De ser así, el universo podría hallarse en un estado metaestable: aparentemente estable, pero no en el de menor energía posible.

El efecto túnel cuántico

¿Podría entonces la pelota llegar al otro valle sin escalar la montaña que los separa? En el mundo cuántico sí, gracias al llamado efecto túnel, que haría posible que el sistema aparezca al otro lado de la barrera, aunque no tenga energía suficiente para superarla. Si el campo de Higgs diera ese salto, las propiedades de la materia y de las fuerzas que la gobiernan podrían alterarse de forma radical.

El canal Kurzgesagt describe ese escenario como un «botón de autodestrucción» capaz de borrar todo lo físico y de hacer imposible la vida para siempre. En su relato, nacería una burbuja de vacío verdadero que se expandiría a una velocidad cercana a la de la luz y transformaría cuanto encontrara a su paso. Dentro de ella podrían cambiar las reglas que rigen la materia, hasta hacer imposible la química y la vida tal como las conocemos. El vídeo compara además el Higgs con un trozo de madera empapado en gasolina que solo espera su chispa. 

Por suerte, este escenario sigue siendo hipotético: no se ha demostrado que el campo de Higgs vaya a experimentar semejante transición.

El bloqueo cósmico

Con ese inquietante escenario de fondo, un nuevo estudio de la Universidad de Portsmouth ofrece motivos para estar algo más tranquilos. En su modelo, los investigadores han encontrado que las interacciones de los campos cuánticos con su entorno pueden actuar como una especie de cerrojo, dificultando que abandonen el estado en el que se encuentran. Lo han llamado «bloqueo cósmico«, aunque, claro, todavía no se sabe si este mecanismo protege realmente al campo de Higgs.

El estudio, publicado en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, reúne a investigadores del Reino Unido, Estados Unidos y Francia. Robson Christie figura como primer autor, junto con Jaewoo Joo y David Wands, también de la Universidad de Portsmouth; Greg Kaplanek, de la Universidad de Siracusa; y Vincent Vennin, de la École Normale Supérieure de París.

Su punto de inicio fue preguntarse qué sucede cuando un campo no está aislado sino rodeado de otros campos con los que interactúa, y para responderlo elaboraron un modelo simplificado de un universo en expansión.

Según explica la Universidad de Portsmouth, la primera clave para saber en qué vacío termina un campo es su capacidad para reaccionar frente a esa expansión. Los campos relativamente pesados respecto a la escala de Hubble pueden adaptarse rápidamente y tienden a alcanzar el mínimo más profundo. Los más ligeros, en cambio, pueden quedar en un vacío falso si el universo se expande muy deprisa para que sigan el ritmo.

La sorpresa llegó después. Aunque el entorno apenas determina qué valle elige inicialmente el campo, sí puede dificultar que lo abandone. Sus interacciones provocan «decoherencia«, un proceso que debilita el comportamiento cuántico que hace falta para mantener una superposición de estados y, en el modelo estudiado, reduce considerablemente la posibilidad de pasar de un vacío a otro por el efecto túnel.

Los autores relacionan este resultado con el efecto cuántico de Zenón, según el cual observar repetidamente un sistema cuántico puede dificultar que cambie de estado. Pero aquí no hace falta nadie mirando: las continuas interacciones con los campos que lo rodean producen un efecto similar y pueden frenar su paso a otro estado.

¿Significa esto que el universo está a salvo? 

Todavía no. Como subraya Gizmodo, el modelo no incluye factores como una expansión que cambia con el tiempo o la influencia del campo en la gravedad. Tampoco logra demostrar que el Higgs esté realmente en un falso vacío ni que este mecanismo lo proteja. Para comprobar hasta qué punto podría aplicarse a ese campo harán falta modelos más realistas.

De momento, la conclusión es menos fantástica que una salvación universal, pero quizá más interesante. Y es que, en determinadas condiciones, las relaciones de un campo con lo que lo rodea pueden hacer mucho más difícil un cambio que la mecánica cuántica, en principio, permite. Ese posible cerrojo abre así otra ruta para entender por qué el universo es como es y por qué sigue tal como lo conocemos.