El 7 de diciembre de 2025, un equipo de físicos teóricos publicó un artículo en Physical Review Letters argumentando que las configuraciones de campos anudados —lo que denominan "nudos cósmicos"— podrían haber cobrado protagonismo en los primeros momentos del universo y, al desenredarse, haber sembrado el pequeño exceso de materia sobre la antimateria que hizo posible las estrellas, los planetas y la vida.
La propuesta entrelaza dos extensiones del Modelo Estándar estudiadas desde hace tiempo —una simetría de calibre barión menos leptón (B-L) y la simetría Peccei–Quinn (PQ)— para producir nudos topológicos estables. Estos objetos se comportan de forma muy diferente a la radiación habitual y podrían haber dominado el joven cosmos durante un breve periodo antes de colapsar mediante tunelamiento cuántico y crear neutrinos pesados de mano derecha cuyos decaimientos favorecen a la materia. De manera crucial, el modelo predice un cambio característico en el fondo primordial de ondas gravitacionales que los próximos observatorios podrían detectar.
Simetrías anudadas en la física de partículas
El Modelo Estándar deja tres grandes enigmas sin respuesta: por qué los neutrinos tienen masa, por qué la fuerza nuclear fuerte preserva una simetría particular (el llamado problema CP fuerte) y por qué el universo observable contiene mucha más materia que antimateria. El nuevo trabajo combina dos ideas de simetría que los físicos han considerado durante décadas para abordar estos problemas en una imagen coherente.
Un ingrediente es la simetría Peccei–Quinn, introducida para explicar por qué los experimentos no encuentran esencialmente ninguna violación de CP en la interacción fuerte; su firma de baja energía es el axión, un candidato a materia oscura ampliamente debatido. El otro es una simetría de calibre B-L, que proporciona un hogar natural para los neutrinos pesados de mano derecha y ayuda a que las masas de los neutrinos sean comprensibles mediante mecanismos de balancín (seesaw). Cuando estas dos simetrías se rompen a medida que el universo se enfría, producen diferentes tipos de defectos: la ruptura de PQ genera vórtices superfluidos, mientras que la ruptura de la simetría de calibre B-L produce tubos de flujo que actúan como cuerdas magnéticas.
De las cuerdas a una era dominada por nudos
Los defectos topológicos son conocidos en cosmología como cuerdas cósmicas: tubos de energía tremendamente delgados pero masivamente densos que quedan tras la ruptura de la simetría. En la configuración combinada PQ+B-L, se forma una red de tales defectos durante las transiciones de fase poco después del Big Bang. A diferencia de la radiación, cuya densidad de energía cae rápidamente a medida que el universo se expande, la energía ligada en objetos masivos y no relativistas disminuye más lentamente.
El artículo sostiene que, para un rango plausible de parámetros, la población de nudos podría llegar a dominar el balance energético cósmico durante una época limitada. Esta "era de los nudos" no es eterna: el tunelamiento cuántico permite que los nudos se desenreden. Cuando lo hacen, la energía almacenada se libera violentamente en partículas, incluidos los neutrinos pesados de mano derecha que son una característica intrínseca del sector de calibre B-L.
Cómo los nudos generan más materia que antimateria
La bariogénesis —la creación del pequeño exceso observado de materia sobre antimateria— requiere tres ingredientes: procesos que violen el número bariónico, violación de la simetría de paridad de carga (CP) y el alejamiento del equilibrio térmico. El colapso de los nudos proporciona la última condición al producir una explosión de partículas pesadas de forma no térmica. Los neutrinos pesados de mano derecha decaen entonces, y los procesos que violan la simetría CP sesgan ligeramente los decaimientos hacia la producción de materia sobre la antimateria. A lo largo de la historia cósmica, ese pequeño sesgo —aproximadamente una partícula de materia adicional por cada mil millones de aniquilaciones— es todo lo que se necesita para dar lugar al cosmos material que observamos.
Ondas gravitacionales como prueba
Un aspecto convincente del escenario es que una fase dominada por nudos y el colapso violento de configuraciones de campos macroscópicos deberían dejar una huella en el propio espaciotiempo: un fondo estocástico de ondas gravitacionales con una forma espectral específica y una escala de frecuencia característica. Debido a que los nudos se comportan como materia antes de su decaimiento, alteran la forma en que el fondo de ondas gravitacionales sufre el desplazamiento al rojo a medida que el universo se expande. Según las estimaciones de los autores, el recalentamiento cerca de los 100 GeV desplaza el pico hacia frecuencias más altas en comparación con muchas otras fuentes del universo temprano.
Ese desplazamiento abre un camino hacia las pruebas observacionales. Los detectores espaciales y los terrestres de próxima generación operan en bandas de frecuencia complementarias: LISA sondeará los milihercios a deci-milihercios, DECIGO apunta a frecuencias de decihercios y Cosmic Explorer impulsa la sensibilidad en frecuencias más altas. Detectar las características espectrales predichas, o descartarlas, restringiría directamente si alguna vez ocurrió una era de nudos.
Virtudes del modelo y problemas abiertos
También hay nudos fenomenológicos que desatar. La simetría PQ se trata como una simetría global en el modelo para preservar la solución del axión al problema CP fuerte; las simetrías globales son sutiles en la gravedad cuántica y pueden verse rotas por efectos de la escala de Planck. Además, asegurar que la física de los axiones, las masas de los neutrinos pesados y las interacciones de calibre se ajusten a las restricciones observacionales (incluyendo los límites sobre partículas y fuerzas adicionales) restringe el espacio de parámetros viable. Los autores piden explícitamente trabajos numéricos más detallados y conectar las simulaciones con las firmas de ondas gravitacionales que los detectores podrían buscar.
Por qué esto es importante
De confirmarse, la imagen de los nudos ofrecería una explicación unificada para tres enigmas profundos —las masas de los neutrinos, el problema CP fuerte y la bariogénesis— a la vez que daría a los experimentales un objetivo observable en el cielo de ondas gravitacionales. Revive una intuición del siglo XIX sobre las estructuras anudadas en una forma moderna de teoría de campos y traslada una etapa "abuela" metafórica de la historia cósmica a un momento que podría, en principio, ser explorado.
Para los cosmólogos y físicos de partículas, los siguientes pasos están claros: impulsar las simulaciones numéricas de redes de defectos topológicos en este marco de simetría combinada, refinar el espectro predicho de ondas gravitacionales e integrar el contenido de partículas del modelo en las restricciones astrofísicas y de colisionadores existentes. Para la comunidad experimental, el resultado añade otra razón para perseguir un programa diverso de observatorios de ondas gravitacionales en distintas bandas de frecuencia.
La propuesta aún no derroca los paradigmas existentes, pero ofrece una ruta comprobable e intelectualmente económica para explicar por qué existe algo en absoluto y, al hacerlo, orienta la astronomía de ondas gravitacionales hacia preguntas que tradicionalmente se consideraban dominio exclusivo de la física de partículas.
Fuentes
- Physical Review Letters (artículo de investigación: "Tying Knots in Particle Physics")
- International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI‑SKCM2), Hiroshima University
- Deutsches Elektronen‑Synchrotron (DESY)
- Keio University
- Yamagata University
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