Comprendere in laboratorio cosa possa essere accaduto subito dopo il Big Bang e fare luce sui meccanismi che determinano la stabilità dell’universo. C’è anche l’Università di Trento in questa grande sfida scientifica internazionale. È ciò su cui lavorerà per cinque anni, da febbraio 2026, Gabriele Ferrari, professore ordinario di Fisica sperimentale della materia al Dipartimento di Fisica e componente del Pitaevskii Center on Bose-Einstein Condensation (Bec) dell’Università di Trento e del Cnr-Ino, dove studia gas ultra-freddi, dinamiche dei fluidi quantistici e fisica della materia condensata.
Il progetto di Gabriele Ferrari “Quantum fields in and out of equilibrium via spinor Bose-Einstein condensates” (Qfielbs) è stato finanziato dallo European Research Council nell’ambito del bando 2024 di Erc Advanced Grant, rivolto a ricercatori e ricercatrici di qualsiasi età e nazionalità, con una carriera consolidata alle spalle, leader riconosciuti nel proprio settore, e in grado di presentare progetti di ricerca innovativi e di frontiera. L’obiettivo è realizzare sperimentalmente il passaggio dal falso vuoto (uno stato metastabile di un sistema) al vero vuoto (il suo stato stabile) come previsto dalle teorie quantistiche dei campi, e simulare altri fenomeni quali il confinamento dei quark. A questo scopo il team di Gabriele Ferrari utilizzerà miscele di gas ultra-freddi, il cui comportamento è governato da leggi simili a quelle dei campi quantistici, avendo però il vantaggio di un maggior controllo dei parametri rilevanti, anche grazie all’estrema stabilità dei campi magnetici che agiscono sugli atomi. 
Gli esperimenti verranno effettuati a Povo con un apparato già esistente. «Questo ci permette di utilizzare quasi tutto il finanziamento per pagare borse di dottorato e contratti di ricerca alle persone che lavoreranno al progetto assieme a me e ai miei colleghi Franco Dalfovo e Stefano Giorgini», spiega Gabriele Ferrari (nella foto, ph. Barbara Michot). Partner importante sarà l’Istituto nazionale di Ottica (Ino) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) con il contributo di Giacomo Lamporesi e Alessandro Zenesini.
Ad oggi, la comprensione del mondo fisico dalle distanze cosmologiche alle scale subatomiche, si basa sulle teorie quantistiche dei campi e sulla relatività di Einstein. «La dinamica di rilassamento tra diversi vuoti, nota come decadimento del falso vuoto, è un caso di studio che ha un impatto significativo in ampi settori di ricerca interdisciplinari. Sono stati proposti modelli per stimare il tasso di decadimento, la generazione di entanglement (il fenomeno quantistico in cui due o più particelle diventano intrinsecamente legate), la dinamica dei prodotti di decadimento e la generazione di difetti topologici alla fine del processo di rilassamento. Tuttavia, le conoscenze attuali sono limitate da una sostanziale mancanza di osservazioni sperimentali. Il nostro progetto intende contribuire a coprire tale lacuna», chiarisce.
I gas di atomi ultra-freddi vengono utilizzati come piattaforma per simulare ciò che avviene in natura in situazioni più complesse. Con essi si spera di poter confermare modelli teorici, indagare l’interazione tra le particelle e i campi, comprendere in quale tipo di vuoto si trovi l’universo e cosa avvenga nella sua espansione. Per fare questo si sfruttano le proprietà magnetiche degli atomi, creando configurazioni simili a quelle previste su scala cosmologica, con effetti visibili sugli atomi, ma non accessibili all’osservazione diretta nell’universo. «Nei nostri gas atomici vogliamo capire come un campo decade e raggiunge un nuovo equilibrio e cerchiamo le tracce, le cicatrici dei processi che stanno alla base della genesi dell’universo», afferma Ferrari.
Quello di Gabriele Ferrari rappresenta il Grant Erc numero 46 per l’Università di Trento se si considerano tutti i progetti dell’Ateneo a cui dal 2007 sono stati assegnati questi finanziamenti nelle diverse categorie con procedure di valutazione altamente competitiva.
Scars in space-time
Gabriele Ferrari of the Department of Physics receives a European Research Council Advance Grant to simulate key quantum field theories and to better understand the stability of the universe
Understanding in the laboratory what might have happened immediately after the Big Bang and shedding light on the mechanisms that determine the stability of the universe. The University of Trento is also part of this international scientific challenge. Starting in February 2026, Gabriele Ferrari, full professor of Experimental Physics of Matter in the Department of Physics and member of the Pitaevskii Center on Bose-Einstein Condensation (BEC), a joint initiative between the University of Trento and CNR-INO, will be working on this project for five years. His research focuses on ultra-cold gases, quantum fluid dynamics, and condensed matter physics.
His project, titled “Quantum fields in and out of equilibrium via spinor Bose-Einstein condensates” (QFIELBS), has been funded by the European Research Council (ERC) under the 2024 ERC Advanced Grant program. This call aims at researchers of any age and nationality with established careers, recognized as leaders in their fields, and capable of presenting innovative, cutting-edge research proposals.
The project’s goal is to experimentally realize the transition from a false vacuum (a metastable state of a system) to a true vacuum (its stable state), as predicted by quantum field theories, and to simulate other phenomena such as quark confinement. To achieve this, Ferrari’s team will use mixtures of ultra-cold gases, whose behavior follows laws similar to those of quantum field theories, but with the advantage of direct experimental access and extreme control over key parameters.
The experiments will be carried out in Povo using an existing apparatus. “This allows us to use most of the funding to support PhD scholarships and research contracts for the people who will work on the project together with me and my colleagues Franco Dalfovo and Stefano Giorgini,” explains Ferrari. A key partner will be the National Institute of Optics (INO) of the National Research Council (CNR), with contributions from Giacomo Lamporesi and Alessandro Zenesini.
Today, our understanding of the physical world, from cosmological distances to subatomic scales, is based on quantum field theories and Einstein’s relativity. “The relaxation dynamics between different vacua, known as false vacuum decay, is a case study with significant impact across various interdisciplinary research fields. Models have been proposed to estimate the decay rate, entanglement generation (the quantum phenomenon in which two or more particles become intrinsically linked), the dynamics of decay products, and the formation of topological defects at the end of the relaxation process. However, current knowledge is limited by a substantial lack of experimental observations. Our project aims to help fill that gap,” Ferrari clarifies.
Ultra-cold atomic gases are used as a platform to simulate what happens in nature under more complex conditions. Using such a system, scientists aim to confirm theoretical models, investigate the interaction between particles and fields, and understand what kind of vacuum the universe is in and what happens during its expansion. To achieve this, researchers exploit the magnetic properties of the ultra-cold gas, creating configurations similar to those predicted on a cosmological scale, with effects that are, for the first time, experimentally accessible.“ In our atomic gases, we want to understand how a field decays and reaches a new equilibrium, and we look for the scars reminiscent of the processes that describe the early universe,” says Ferrari.
ERCs at UniTrento
The one awarded to Gabriele Ferrari is the 46th ERC Grant for the University of Trento, considering all the projects that have obtained this funding in the different categories through highly competitive evaluation procedures since 2007.