Nucleosíntesis

Varios libros, ahora clásicos, han abordado el tema de lo ocurrido en el universo inmediatamente después de su creación.

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Por: Vicente Aboites

Varios libros, ahora clásicos, han abordado el tema de lo ocurrido en el universo inmediatamente después de su creación.

Ejemplos notables son “Los Primeros Tres Minutos” de Steven Weinberg y “La Creación del Universo” por George Gamov, entre otros.  Este último libro está basado en el famoso artículo; “El Origen de los Elementos Químicos” escrito por R. Alpher, H. Bethe y G. Gamow (con cierto sentido del humor conocido como el artículo; “Alfa-Beta-Gama”).

El interés de estos estudios está en explicar la existencia de los elementos químicos presentes en el universo.

El proceso de nucleosíntesis fue el responsable de crear los primeros núcleos atómicos a partir de los protones y neutrones originales durante los primeros minutos después de la Gran Explosión, estos protones y neutrones a su vez fueron creados a partir del plasma inicial de quarks y gluones de la Gran Explosión. Después de los primeros veinte minutos el universo se había expandido y enfriado lo suficiente para detener las reacciones de alta energía dejando solo a las de menor energía.

En ese momento las partículas iniciales ya habían creado setenta y cinco por ciento de hidrógeno (H) y veinticuatro por ciento de helio (He) así como un poco de litio (Li), berilio (Be) y posiblemente algo de boro (B) pero no carbón (C), así como isótopos de todos estos elementos. De hecho, en la formación del berilio (Be) y el boro (B) hubo también participación de un proceso basado en la intervención de rayos cósmicos de alta energía.

Las estrellas fueron formadas a partir de estos elementos iniciales y posteriormente el proceso de nucleosíntesis estelar y las explosiones estelares produjeron muchos de los elementos químicos e isótopos conocidos, pues solo dentro de las estrellas y de las supernovas se dan las condiciones para producir elementos químicos más pesados.

 En las estrellas de baja masa se formaron elementos como el carbón (C) y el nitrógeno (N), mientras que en las explosiones de estrellas de mayor masa se formaron muchos elementos entre el oxigeno (O) y el rubidio (Rb).  Condiciones extremas para la formación de otros elementos solo se encuentran en las estrellas de neutrones en donde se producen elementos naturales hasta el plutonio (Pu).  Por medio de síntesis artificial, en aceleradores de partículas y reactores nucleares, se producen elementos químicos a partir del americio (Am).

Esta es, de modo general, la explicación de la formación de elementos químicos en el universo, sin embargo, hay dudas importantes que resolver debido a que las condiciones físicas en donde se producen particularmente los elementos pesados son tan extremas que resulta de enorme complejidad la realización de experimentos, así como las simulaciones computacionales y análisis teóricos.

La producción de elementos como el oro (Au), mercurio (Hg), platino (Pt), plomo (Pb) y uranio (U) se da en estrellas de neutrones y explosiones de estrellas.  En condiciones físicas que son casi imposibles de reproducir en la Tierra.

Sin embargo, acaba de publicarse un artículo elaborado por científicos del Laboratorio Nacional de Aragone en Estados Unidos y del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (CERN), (ver: T. L. Tang et al., “First Exploration of Neutron Shell Structure below Lead and beyond N=126. Physical Review Letters, 2020; 124) en donde se exploran las condiciones precisas que dan lugar a la producción de elementos pesados en el universo.

En el experimento un haz de protones de alta energía es enfocado en un blanco de plomo (Pb) y como resultado de la colisión se producen cientos de isótopos radioactivos exóticos de donde son separados los núcleos de mercurio (Hg) para crear un haz de la máxima energía posible y enfocarlo en un blanco de deuterio.

El Dr. Kay participante de este experimento afirma: “Ningún otro laboratorio del mundo puede producir haces de mercurio (Hg) de esta masa y acelerarlas a estas energías, esto aunado a la capacidad de resolución de un espectrómetro solenoidal, llamado Isolde, nos permite observar el espectro de estados excitados del mercurio por primera vez”.

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