defecto topológico

Una capa celular se parece a una multitud de personas alineadas una detrás de otra. Si en la multitud hay obstáculos, por ejemplo dos postes, la gente tiene que rodearlos y en el flujo se forman remolinos.

Una capa celular se parece a una multitud de personas alineadas una detrás de otra. Si en la multitud hay obstáculos, por ejemplo dos postes, la gente tiene que rodearlos y en el flujo se forman remolinos.

En una cadena montañosa hay senderos que se pueden contraer a un punto si se camina por un valle llano. Y hay rutas circulares que no se pueden encoger sin cruzar una cresta.

En algunas teorías cuánticas, las simetrías se entrelazan de manera inusual, como si un castillo tuviera dos llaves, pero girar una desplazara ligeramente la otra. Estas simetrías entrelazadas se denominan 2-grupos. Una de ellas es ordinaria y actúa sobre partículas puntuales (0-forma); la otra es «lineal» (1-forma) y gobierna objetos extendidos como cuerdas o líneas.

Dos ciudades con la misma densidad media de población. En una, una cuadrícula ordenada de manzanas; en la otra, un laberinto de callejones estrechos y plazas inesperadas. En el mapa global parecen gemelas, pero la vida dentro de ellas fluye de manera muy distinta.

Una piedra cae en aguas tranquilas y se extienden círculos por la superficie. Algo parecido le ocurre a un agujero negro cuando algo cae en él o cuando se fusiona con otro. El agujero comienza a oscilar y esas oscilaciones se escapan al espacio en forma de ondas gravitacionales. Los astrofísicos llaman a este proceso el «tañido» del agujero negro.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se enfrió de manera desigual. En algunos lugares pudieron formarse pliegues: hilos de energía increíblemente densos, finos como un cabello. Los físicos los llaman cuerdas cósmicas. Oscilan, chocan entre sí y emiten ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

En el universo temprano, cuando se enfriaba después del Big Bang, pudieron formarse defectos —como grietas en el hielo. Uno de esos defectos es el monopolo global, un diminuto cúmulo de campo donde la energía queda atrapada en un nudo.

La cosmología se ha metido en un buen lío. Las dos principales formas de mirar al pasado del universo —la radiación temprana (la radiación cósmica de fondo) y los objetos más tardíos como las supernovas— arrojan números diferentes tanto para la velocidad de expansión (la constante de Hubble) como para lo 'grumosa' que está distribuida la materia.

El universo temprano se parecía a un océano que se enfriaba rápidamente. A temperaturas colosales, todo era uno: quarks, electrones, interacciones se fundían en un 'vapor' simétrico. Pero a medida que se expandía y enfriaba, ese vapor se condensaba, y las transiciones de fase se sucedían como el agua que se convierte en hielo.

En los primeros instantes después del Big Bang, la transición de fase cósmica dividió el plasma caliente en regiones con diferentes vacíos — los estados de menor energía del campo.

Una fría superficie negra: así lucía durante miles de millones de años el mar de energía oscura, una sustancia invisible que impulsa la expansión del universo. Pero el espectrógrafo DESI detectó una ondulación casi imperceptible.

Quince años de observaciones del telescopio de rayos gamma Fermi han revelado una grieta en el suelo de la Galaxia. Al sur del cúmulo Westerlund 1 —el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea— se ha detectado un brillo extendido que coincide con una cavidad en el hidrógeno atómico.

Si pulsas una cuerda de guitarra, vibrará y se apagará rápido. Ahora imagina una cuerda cósmica: un hilo finísimo de energía pura, remanente del Big Bang, un billón de veces más delgado que un átomo y más denso que una estrella de neutrones. Si la golpeas, podría cantar durante miles de millones de años.

Después del Big Bang, según la cosmología inflacionaria, el Universo experimentó una rápida expansión y una serie de transiciones de fase.

La cromodinámica cuántica es la teoría que describe cómo los quarks y los gluones se unen para formar protones y neutrones. En sus ecuaciones hay un ángulo extraño, el parámetro θ (theta).

El mundo cuántico ama el equilibrio. Cuando se obliga a una partícula masiva a bifurcarse —a ir por dos caminos a la vez—, algo debe balancearse en respuesta. Ese "algo" resulta ser el propio aparato que dividió a la partícula.

Cuando después del Big Bang el cosmos en enfriamiento perdía la simetría primordial, en los campos surgían tensiones, como si en un vidrio que se solidifica crecieran microfisuras. Los monopolos globales, predichos por Gerard 't Hooft y Polyakov, se convirtieron en «cicatrices» similares en el tejido del universo.

En los primeros instantes de la vida del universo no había ni rastro de energía oscura: esa fuerza que hoy separa las galaxias cada vez más rápido. Pero si miramos más profundo, a la escala de Planck (miles de millones de miles de millones de veces más pequeña que el núcleo atómico), el espacio-tiempo deja de ser liso.

En el agua enfriada a –40 °C ocurre una pausa paradójica: el hielo hexagonal perfecto no tiene prisa por nacer. En lugar de eso, se forma una estructura desordenada con incrustaciones de capas cúbicas: una verdadera cuna para la simetría futura, llena de desorden pero ya cargada con una arquitectura oculta.

Dos pasajeros entraron en un vagón vacío de la línea circular y ocuparon asientos libres. Al completar el círculo, descubrieron con sorpresa que estaban cada uno en el asiento del otro, aunque nadie se había movido.

El Universo es una orquesta que interpreta la sinfonía del Big Bang. Durante mucho tiempo, se consideró a la energía oscura como el director, un metrónomo inamovible que marcaba el ritmo de la expansión.

Un nanocable superconductor topológico es como un puente, en cuyos extremos vigilan dos guardianes inseparables, los modos de Majorana. Estas exóticas cuasipartículas, predichas ya en los años 1930, prometen ser la base de un ordenador cuántico inmune a errores.

Desde pequeños nos acostumbramos a pensar que el espacio es infinito e isótropo. Pero Einstein y Lemaître ya se preguntaban: ¿no estará el Universo cerrado sobre sí mismo, como una cinta de Möbius o un toro tridimensional?

En el plasma ardiente del Universo recién nacido, justo después de la expansión inflacionaria ideada por Alan Guth, reinaba la era de dominación cinética.

Las ondas en un estanque se expanden en círculos desde la piedra que se lanza. Ahora imagina que el propio estanque comienza a temblar ligeramente: el agua no solo se agita por la piedra, sino también por sí misma. Algo similar ocurre con las ondas gravitacionales en un espacio donde pulsa un campo escalar especial.

Un vaso vacío sobre la mesa parece confiable. Pero si en el fondo hay una microfisura, algún día se romperá, no con estrépito, sino silenciosamente, agrietándose en una telaraña de líneas. Así también el vacío: puede no ser verdadero, sino falso, temporalmente estable pero listo para transitar a un estado más profundo y real.

Un agujero negro no es solo una aspiradora cósmica. Es una región con una gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Pero si lo colocamos en un fluido ideal de materia oscura y le añadimos una nube de cuerdas —finos hilos tensados a lo largo de todo el espacio—, el panorama se complica.

Dos reglas muestran una longitud ligeramente distinta de la misma mesa. Así se ve aproximadamente la situación en cosmología con la constante de Hubble, el número que indica a qué velocidad se expande el universo.

En el universo joven y caliente, como en una sala de baile abarrotada, giraban los monopolos magnéticos — partículas solitarias que portan solo el polo norte o solo el polo sur. En un imán común, los polos siempre van en pares, pero aquí cada uno va por su cuenta.

Cuando el agua se congela en un lago, el hielo se cubre de una red de grietas: los límites entre los cristales. Un proceso similar en los primeros instantes después del Big Bang pudo haber generado enormes estructuras, como fracturas de hielo. Los científicos las llaman paredes de dominio.

El universo temprano se parecía a una banda elástica bien estirada. En algunas teorías, esa banda no es solo el espacio, sino enormes cuerdas vibrantes cuya tensión hacía que el mundo se expandiera a una velocidad inimaginable.

El universo no solo se expande: también resuena. Tras el Big Bang, en su tejido quedaron cuerdas tensas, finas como un protón pero pesadas como una cordillera. Sus vibraciones generan ondas gravitacionales, y en esa radiación, como en una partitura, está cifrada la historia de las simetrías fundamentales.

Justo después del Big Bang, en el caldero burbujeante del universo en enfriamiento, como en un vidrio que se solidifica de forma desigual, surgieron tensiones: las más finas grietas de la realidad, las cuerdas cósmicas.

El agua hierve en una cacerola y las burbujas de vapor no aparecen en cualquier lugar — se adhieren preferentemente a rayones o partículas de polvo en el fondo.

Una sábana estirada forma pliegues. Si tiras de una esquina, corre una onda uniforme; si comprimes la tela bruscamente, se produce un doblez agudo. Más o menos así se comportan el espacio y el tiempo en las ecuaciones de Einstein.

La luz solar incide sobre el cristal y en su interior nace un par: un electrón rápido y un hueco. En el caso ideal, se separan de inmediato hacia los contactos y generan corriente. Pero en el material que estudiaron los autores, todo ocurre de otra manera. En cuanto una carga tropieza con un hueco —un átomo ausente en la red—, a su alrededor se contrae una nube de vibraciones.

Una sábana bien tensa reposa sobre la mesa durante varios días. En apariencia está inmóvil, pero en las fibras de la tela se conserva la tensión: basta con aflojar un poco un extremo y las arrugas correrán, reordenando todo el patrón. De manera muy similar se comporta una capa de células epiteliales en estado de reposo.

Un globo no se desinfla todo a la vez: primero aparecen abolladuras que corren, se fusionan y, al final, el globo se arruga hasta convertirse en un punto. Algo parecido ocurre con las paredes de dominio: delgadas fronteras que dividían el espacio en los primeros instantes después del Big Bang.