La più inquietante fine possibile dell'Universo riprodotta in laboratorio da un team italiano

Uno dei più grandi interrogativi, ancora senza risposta, della cosmologia moderna riguarda la fine dell’Universo.

Il chiedersi quale fine possa fare l’Universo nasce dall’osservazione che esso si sta espandendo, quindi è in evoluzione, ma verso cosa? Al contrario, se ci fossimo trovati in un Universo stazionario, in cui tutto rimane invariato, non ci sarebbe stato motivo di porsi la domanda sulla sua fine.

Utilizzando le attuali conoscenze, che sappiamo essere ancora molto incomplete, si cerca di prevedere quale scenario meglio descriva la fine dell’Universo.

Gli scenari per la fine dell'Universo

E di possibili scenari ne esistono più di uno. Si va dal “Big freeze” (il grande congelamento), cioè un Universo che continuando ad espandersi è destinato a diventare freddo e sempre più rarefatto, al “Big Crunch” (il grande collasso), cioè un collasso finale dell’Universo su se stesso, al “Big rip” (il grande strappo), in cui l’espansione arriverebbe a lacerare le strutture cosmiche.

Tutte e tre queste ipotesi, sebbene diverse, hanno in comune il fatto di descrivere l’evoluzione dell’Universo così come lo conosciamo.

Ma esiste un altro possibile scenario che si discosta dai tre precedenti, chiamato “decadimento del falso vuoto”, cioè un processo quantistico che potrebbe trasformare l’Universo da come lo conosciamo in uno stato radicalmente diverso.

La teoria del “decadimento del falso vuoto”

Il decadimento del falso vuoto parte da un’idea della teoria quantistica secondo la quale l’intero Universo è permeato da campi quantistici ed il vuoto non è “niente”, ma lo stato di energia minima di questi campi.

Secondo la teoria quantistica i campi quantistici sono un’entità fisica distribuita nello spazio-tempo. In questa teoria le particelle elementari sono stati di eccitazione di questi campi. Ad esempio, l’elettrone è un’eccitazione del campo elettrico, mentre il fotone un’eccitazione del campo elettromagnetico. Anche il vuoto è permeato da campi di minima energia, da cui il termine di “falso vuoto”. Ma sebbene sia minima la loro energia anche questo stato può contenere fluttuazioni quantistiche e quindi cambiare.

Secondo la teoria del decadimento del falso vuoto, il nostro Universo potrebbe teoricamente passare a un vero vuoto, cioè verso uno stato più stabile. In questa transizione nascerebbero “bolle” di nuovo vuoto che si espanderebbero alla velocità della luce, generando un Universo completamente diverso, governato da leggi fisiche completamente diverse da quelle che conosciamo. L’aspetto inquietante è la repentinità di questa trasformazione e la sua non prevedibilità.

Come è stato replicato in laboratorio il decadimento del falso vuoto

Anche se potrebbe sembrare fantascienza, un team di ricercatori ha riprodotto in laboratorio, quindi su piccola scala, quello che potrebbe essere il decadimento del falso vuoto dell’intero Universo.

I risultati di questo esperimento sono stati pubblicati sulla rivista Nature Physics. Un team di ricercatori italiani ha osservato il decadimento del falso vuoto attraverso la formazione di bolle in un sistema superfluido ferromagnetico. I ricercatori hanno osservato il sistema passare da uno stato metastabile a uno più stabile, imitando la dinamica prevista per i campi quantistici cosmologici.

In un altro esperimento, i cui risultati sono stati pubblicati nel 2025 sempre su Nature Physics, è stato usato un quantum annealer da 5.564 qubit, cioè una macchina che sfrutta effetti quantistici per cercare lo stato di minima energia di un sistema, per simulare la dinamica del falso vuoto e osservare la formazione di bolle di vero vuoto.

Questo esperimento permette di studiare come queste bolle nascano, si muovano e interagiscano, offrendo una finestra sperimentale su un fenomeno finora difficilissimo da esplorare direttamente.

In laboratorio è stata prodotto una simulazione controllata della possibile evoluzione quantistica dell’Universo, usando sistemi quantistici manipolabili — atomi ultrafreddi o qubit superconduttori — per osservare meccanismi analoghi a quelli previsti dalla fisica fondamentale.

Scoperta reale, ma nessun allarme cosmico

La portata della scoperta è importante. Le simulazioni quantistiche permettono quindi di testare in laboratorio modelli, verificare leggi, confrontare esperimenti con previsioni teoriche. Un esperimento con atomi ultrafreddi di sodio ha permesso di misurare il tempo necessario al sistema per decadere verso il vero vuoto in diverse condizioni sperimentali.

Tuttavia, nessuna informazione realistica è stata ottenuta sulla tempistica del decadimento del nostro Universo. Gli stessi scenari sul destino cosmico restano ipotesi teoriche e fortemente dipendenti da grandezze ancora poco note come l’energia oscura, la massa dei campi fondamentali, la stabilità del vuoto elettrodebole, l'evoluzione dell’espansione cosmica.

Per la prima volta, la fisica sperimentale e la computazione quantistica stanno offrendo strumenti concreti per studiare in laboratorio processi collegati al destino ultimo dell’Universo. È un passo verso una cosmologia più sperimentale, in cui alcuni fenomeni estremi possono essere esplorati non solo con telescopi, ma anche con simulatori quantistici.

Riferimenti allo studio

“False vacuum decay via bubble formation in ferromagnetic superfluids” Alessandro Zenesini et al. Nature Physics 20, 558–563, 2024.
DOI: 10.1038/s41567-023-02345-4

"Stirring the false vacuum via interacting quantized bubbles on a 5,564-qubit quantum annealer" Jaka Vodeb et al. Nature Physics 21, 343–350, 2025.
DOI: 10.1038/s41567-024-02765-w