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Abstract: La nostra comprensione del mondo fisico, dalle distanze cosmologiche alle scale subatomiche, si basa sulle teorie di campo, con la Relatività Generale e il Modello Standard tra le descrizioni della realtà più convalidate. Nonostante la loro storia di successi, l’applicazione delle teorie di campo, in particolare nel dominio quantistico, è ancora caratterizzata da un ricco insieme di domande aperte relative ai processi in equilibrio e fuori equilibrio.

Un esempio paradigmatico di processo in cui le teorie di campo vengono applicate con successo è quello delle transizioni di fase del primo ordine. In questo caso, la dinamica di un sistema lontano dall’equilibrio non può essere descritta semplicemente in termini di una perturbazione di uno stato stazionario, ma richiede invece strumenti e concetti combinati della meccanica statistica e quantistica. La transizione deriva dalla dinamica tra i valori di campo associati ai minimi locali dell’energia del sistema. Nel regime quantistico, questi minimi locali corrispondono al cosiddetto stato di vuoto del campo, rendendo il problema ben definito ma, sorprendentemente, risolvibile esattamente solo in pochi semplici casi.

La dinamica di rilassamento tra diversi stati di vuoto, comunemente nota come Decadimento del Falso Vuoto (FVD), è un caso di studio che ha un impatto significativo in aree di ricerca ampie e interdisciplinari. Sono stati proposti modelli per stimare il tasso di decadimento, la generazione di entanglement all’inizio del decadimento, la dinamica dei prodotti di decadimento e la formazione di difetti topologici alla fine del processo di rilassamento. Tuttavia, la nostra conoscenza attuale è limitata da una sostanziale mancanza di osservazioni sperimentali.

Questo progetto mira a realizzare sperimentalmente il FVD e altre teorie di campo quantistiche impegnative, sia nei regimi perturbativi che non perturbativi, come la fisica del confinamento, utilizzando miscele di spin atomico ultrafredde attraverso la corretta mappatura della funzione d’onda atomica in una rappresentazione di campo quantistico e una configurazione unica che garantisce condizioni di campo magnetico estremamente stabili.