La Vida y la masa de los Quarcks.

“La vida y la masa de los quarcks”

Compilado por Manlio E. Wydler (º)

 

A excepción del hidrógeno, los elementos químicos esenciales para la vida (carbono, oxígeno, nitrógeno…) se sintetizan en el corazón de las estrellas. El elemento orgánico por excelencia, el carbono, se crea en el interior de las gigantes rojas mediante la fusión casi simultánea de tres núcleos de helio, o partículas alfa. La síntesis del carbono viene acaparando la atención de los físicos nucleares desde hace décadas, ya que en ella parecen incurrir una serie de eventualidades muy difíciles de explicar. En concreto, de no ser por la existencia «casual» de cierto estado excitado en el núcleo del carbono 12, la producción de este elemento tendría lugar a un ritmo tan bajo que probablemente no habría vida en el universo.

Ahora, en un artículo publicado en Physical Review Letters, una colaboración internacional se ha preguntado qué pasaría con la síntesis del carbono si las masas de los quarks y la intensidad de la interacción electromagnética tuviesen valores ligeramente distintos de los que se observan en la naturaleza. ¿Seguiría existiendo la vida tal y como la conocemos? 

En el interior de las estrellas, la síntesis del núcleo de carbono 12 procede en dos fases: primero, dos partículas alfa se fusionan para dar lugar a un núcleo de berilio 8; después, a este se incorpora otro núcleo de helio. Este proceso resulta muy improbable por varias razones. Por un lado, el núcleo de berilio 8 posee una vida media muy corta (del orden de 10–17 segundos), por lo que la fusión de las tres partículas alfa debe tener lugar de manera casi simultánea. Pero, además, la energía del estado resultante no coincide con la energía del núcleo de carbono 12, sino que es unos 7,5 MeV mayor. En vista de ello, en 1954 el astrofísico británico Fred Hoyle postuló que el núcleo de carbono 12 debía poseer un estado excitado que diese cuenta de ese sobrante de energía. El estado de Hoyle fue observado en el laboratorio muy poco tiempo después. Sin embargo, lleva ya varios decenios provocando quebraderos de cabeza ya que los modelos teóricos que describen la estructura del núcleo atómico, como el modelo de capas, no aciertan a explicar su existencia.

En 2011, Evgeny Epelbaum, de la Universidad de Bochum, y otros colaboradores lograron por primera vez formular una descripción matemática del núcleo de carbono 12 que predecía la existencia de un estado excitado cuya energía coincidía con la del estado de Hoyle. El año pasado, el mismo grupo de investigadores fue un paso más allá y consiguió describir su estructura interna. Ahora, los autores han empleado el mismo modelo para calcular cómo dependería la tasa de síntesis del carbono del valor de algunas de las constantes de la naturaleza.

Sus resultados muestran una fuerte correlación entre tres cantidades: la energía de enlace del núcleo de helio; la energía del núcleo de berilio 8 relativa a la energía de la fusión de dos partículas alfa; y la energía del estado de Hoyle relativa a la de fusión de tres partículas alfa. Por tanto, no parece que todos esos valores sean «casualidades independientes». Sin embargo, un pequeño cambio del 2 por ciento en la masa de los quarks ligeros (los que forman el protón y el neutrón) o en la intensidad de la interacción electromagnética rebajaría de manera drástica la tasa de producción de carbono. Los autores concluyen que, más allá de tales modificaciones, el principio antrópico parece resultar necesario para explicar el ritmo al que ocurre el proceso triple alfa.

(º) Ingeniero, Presidente de FAPLEV, Vecino Solidario 2001.

 

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