Esta nueva teoría explica por qué el universo es tridimensional

(Agencia N+1/Beatriz de Vera). La próxima vez que encuentres una cadena, una cuerda o tus auriculares hechos un nudo en el bolsillo, puede consolarte pensar que la tendencia natural de que las cosas se enreden explica la naturaleza tridimensional del universo y cómo se formó.

Un equipo internacional de físicos ha desarrollado la teoría de que poco después de su aparición, hace 13,800 millones de años, el universo estaba lleno de nudos formados por hilos flexibles de energía llamados tubos de flujo que unen las partículas elementales. La idea se describe en un artículo aceptado para su publicación en el European Physical Journal C y disponible en el servidor arXiv.

Teoría del nudo básico. Los autores, de las universidades de Edimburgo (Reino Unido), Dortmund (Alemania), Aveiro (Portugal), Chapman y Vanderbilt (EE.UU.), tomaron prestado un elemento común del modelo estándar de la física de partículas y lo mezclaron con una pequeña teoría del nudo básico (una rama de la topología) para producir un escenario novedoso que no solo puede explicar por qué predominan las estructuras tridimensionales, sino que también proporciona una fuente de energía natural para el crecimiento inflacionario que la mayoría de los cosmólogos creen que tuvo lugar microsegundos después del Big bang.

Dicho elemento común es el tubo de flujo, compuesto por quarks, partículas elementales que forman protones y neutrones, y que se unen entre sí gracias a otras partículas pegamento llamadas gluones. Su función es vincular los quarks positivos con los antiquarks negativos coincidentes con hebras flexibles de energía llamadas tubos de flujo. A medida que se separan las partículas enlazadas, el tubo de flujo se alarga hasta que alcanza un punto en el que se rompe.

El crecimiento inflacionario. Al hacerlo, libera suficiente energía para formar un segundo par quark-antiquark que se divide y se une con las partículas originales, produciendo dos pares de partículas unidas, en un proceso similar al de cortar un imán por la mitad para obtener dos imanes más pequeños. 
De acuerdo con las teorías actuales, cuando se creó el Universo, inicialmente se llenó con un líquido sobrecalentado y cargado eléctricamente llamado plasma quark-gluon. Esto consistía en una mezcla de quarks y gluones. Los investigadores se dieron cuenta de que una versión de energía del plasma quark-gluon habría sido un entorno ideal para la formación de tubos de flujo en el universo primitivo. La gran cantidad de pares de quarks y antiquarks que se crearon y aniquilaron espontáneamente crearía grandes cantidades de tubos de flujo.

Normalmente, el tubo de flujo que une un quark y un antiquark desaparece cuando las dos partículas entran en contacto y se aniquilan, pero hay excepciones: si un tubo toma la forma de un nudo, por ejemplo, entonces se vuelve estable y puede sobrevivir a las partículas que lo crearon y seguirá existiendo, incluso después de que las partículas que une se aniquilan entre sí. También se crean tubos de flujo estables cuando dos o más tubos de flujo se entrelazan.

Inflación cósmica. De esta manera, según cuentan los autores, todo el universo podría haberse llenado con una red estrecha de tubos de flujo y, al calcular cuánta energía podría contener esta red, descubrieron que era suficiente para alimentar un período temprano de inflación cósmica.

Desde que se introdujo la idea de la inflación cósmica a principios de la década de 1980, los cosmólogos aceptaron por norma general la proposición de que el universo primitivo pasó por un período en el que se expandió del tamaño de un protón al tamaño de un pomelo en menos de una billonésima de segundo, pero la aceptación de la teoría se ha visto obstaculizada porque no se ha identificado una fuente de energía apropiada. "Nuestra red de tubos de flujo no solo proporciona la energía necesaria para controlar la inflación, sino que también explicaría por qué se detuvo tan abruptamente: a medida que el universo comenzó a expandirse, la red de tubos de flujo comenzó a descomponerse y finalmente se rompió, eliminando la fuente de energía que estaba alimentando la expansión", explica Thomas Kephart, de la Universidad de Vanderbilt.