Una antigua teoría sobre nudos energéticos ofrece una nueva respuesta al misterio del cosmos

En 1867, Lord Kelvin propuso una idea que parecía tan elegante como errónea, que los átomos eran diminutos nudos formados en el éter. Aquella visión fue abandonada cuando la física moderna descubrió la verdadera estructura de la materia, pero el concepto de “nudo” nunca desapareció del todo. Más de un siglo después, un grupo de físicos japoneses lo ha recuperado para intentar explicar uno de los mayores enigmas del cosmos, por qué existe más materia que antimateria.

El estudio, publicado en Physical Review Letters, fue desarrollado por investigadores del Instituto Internacional para la Sostenibilidad con Metamateria Quiral Anudada (SKCM²) de la Universidad de Hiroshima. Su modelo propone que, durante los primeros instantes tras el Big Bang, el universo pudo estar dominado por estructuras energéticas enredadas que alteraron el equilibrio fundamental entre materia y antimateria.

Estas configuraciones, llamadas “nudos cósmicos”, podrían haber colapsado de manera desigual, generando el pequeño exceso de materia que dio origen a las estrellas, los planetas y, finalmente, a la vida. Si es cierto, una idea descartada hace más de 150 años podría contener la clave de nuestra existencia.

Una idea olvidada que vuelve del siglo XIX

Kelvin imaginó un universo lleno de remolinos en el éter, donde cada nudo representaba un átomo diferente. Su teoría fracasó con la llegada de la mecánica cuántica, pero introdujo un concepto que resultó visionario, que la forma y la topología del espacio podían encerrar energía estable. Hoy, la física moderna retoma ese hilo desde una perspectiva completamente distinta.

Para los investigadores de Hiroshima, los nudos ya no son objetos materiales, sino patrones energéticos que pudieron surgir cuando las fuerzas fundamentales del universo se separaban tras el Big Bang. En aquel caos inicial, los campos cuánticos pudieron entrelazarse, creando estructuras con propiedades magnéticas y dinámicas que persistieron durante fracciones de segundo.

Este tipo de configuraciones no es pura fantasía, la física de los materiales, la cosmología y la teoría cuántica de campos describen fenómenos donde la energía se enreda en bucles estables llamados solitones. Lo novedoso del nuevo trabajo es que esos nudos no solo habrían existido, sino que podrían haber tenido un papel central en la creación de toda la materia conocida.

Los científicos creen que esa “era dominada por nudos” fue un periodo real, aunque breve, en la historia del cosmos. Un instante en el que las leyes topológicas definieron el futuro del universo.

Los físicos que devolvieron vida al modelo

El equipo liderado por Muneto Nitta combinó dos simetrías clave del Modelo Estándar de la física de partículas, la Peccei-Quinn, asociada al axión, y la B–L, vinculada a los neutrinos. Cuando se rompen en el universo temprano, ambas generan campos que pueden entrelazarse y formar nudos energéticos estables. Estos nudos almacenan enormes cantidades de energía en sus lazos y, al colapsar, liberan partículas que favorecen la materia sobre la antimateria.

En términos simples, cada nudo sería como una burbuja de energía atrapada, con el poder de transformar el vacío en partículas reales. Su colapso produciría neutrinos diestros muy pesados, cuya desintegración posterior generaría el ligero desequilibrio necesario para que la materia sobreviviera a la aniquilación total.

Los investigadores destacan que el proceso no requiere condiciones exóticas ni nuevas fuerzas desconocidas, sino solo una combinación específica de simetrías ya propuestas por la física moderna. Esto convierte su hipótesis en una explicación elegante y, sobre todo, comprobable en el futuro.

Si los cálculos son correctos, los nudos de energía no solo existieron, fueron los verdaderos arquitectos del universo material.

Los nudos cósmicos y el nacimiento de la materia

Durante los primeros microsegundos del cosmos, la radiación y la materia competían por dominar el espacio. En ese entorno extremo, los nudos se comportaron como una forma de materia temporalmente estable, más densa que la radiación. Su energía moldeó la evolución del universo hasta que comenzaron a deshacerse mediante el efecto túnel cuántico, liberando una lluvia de partículas fundamentales.

Entre esas partículas estaban los neutrinos diestros pesados, esenciales en los modelos de bariogénesis, que explican cómo surgió el pequeño exceso de materia sobre antimateria. Ese desequilibrio —de apenas una partícula por cada mil millones— fue suficiente para construir todo lo que existe hoy.

La hipótesis sugiere que los nudos actuaron como catalizadores cósmicos, desencadenando una reacción en cadena que transformó la energía pura en materia. Sin ellos, el universo podría haberse disuelto en luz sin dejar rastro sólido alguno.

La existencia misma de la materia, desde el polvo estelar hasta los cuerpos humanos, podría deberse al colapso de estas estructuras invisibles y fugaces.

Una era dominada por nudos en el universo temprano

Los cálculos del equipo indican que los nudos pudieron dominar la densidad energética del cosmos durante una fase corta pero decisiva. En ese tiempo, el universo estaba compuesto principalmente por campos magnéticos enredados que se expandían y se tensaban con la inflación cósmica. Cuando se deshicieron, el cosmos se recalentó hasta unos 100 gigaelectronvoltios (GeV), la temperatura ideal para que las interacciones electrodébiles fijaran el desequilibrio materia-antimateria.

Ese “recalentamiento por nudos” también habría alterado el patrón de ondas gravitacionales del universo, generando un eco característico en frecuencias aún no exploradas por los observatorios actuales. Detectarlo sería una prueba directa de esta fase perdida de la historia cósmica.

En ese breve episodio, el universo se comportó como un gigantesco tejido de energía que se retorcía sobre sí mismo antes de estabilizarse y dar lugar a la materia. Fue el instante en que el caos cuántico dio paso al orden físico.

Ondas gravitacionales y las huellas del pasado

El modelo predice que las ondas gravitacionales generadas por el colapso de los nudos podrían detectarse con instrumentos de próxima generación, como la misión LISA en Europa o el observatorio Cosmic Explorer en Estados Unidos. Estas ondas llevarían la firma topológica del proceso y revelarían si realmente existió una era dominada por nudos energéticos.

Confirmar esa señal no solo explicaría el desequilibrio entre materia y antimateria, sino que también demostraría que la estructura del universo primitivo fue mucho más compleja de lo que se pensaba. Cada oscilación del espacio-tiempo contendría un eco de aquellas primeras tensiones energéticas que nos dieron forma.

El estudio también conecta la cosmología con la física de materiales, los mismos principios topológicos que estabilizan nudos cuánticos en laboratorio podrían haber funcionado a escala cósmica. Lo que hoy se observa en nanomateriales o superconductores podría ser un reflejo diminuto de lo que ocurrió en el amanecer del universo.

Una idea que nació en el siglo XIX como metáfora podría convertirse, 150 años después, en la clave para entender por qué hay algo en lugar de nada.