miércoles, 15 de junio de 2016

Proponen una nueva hipótesis para resolver la discrepancia del litio

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Especulan que una partícula supersimétrica pudo alterar las reacciones nucleares al poco de darse el Big Bang, lo que reduciría la cantidad de litio en el Universo.
El litio de la batería de su smarphone, estimado lector, fue uno de los pocos elementos sintetizados durante el Big Bang. Es un elemento que es destruido por las estrellas en las reacciones nucleares que se dan su interior.
El litio es el metal más ligero, flota en aceite, que es el fluido en el que se suele conservar para evitar que reaccione con el aire (ver foto). Se presenta en forma de dos isótopos: litio-6 y litio-7. Así por ejemplo, el litio-6 es el combustible usado en las bombas termonucleares en forma de deuteruro de litio.
Para los expertos es relativamente fácil calcular la cantidad de litio que se formó en el Big Bang. Además, ese número se puede comparar con el medido en las atmósferas de estrellas viejas y frías. Así es como la ciencia funciona.
Según la nucleosíntesis del Big Bang se tuvo que formar deuterio, helio-4 y pequeñas cantidades de helio-3. Estos dos isótopos también se combinaban entre sí para producir berilio-7 que finalmente decaía en litio-7. Si se tiene en cuenta la relación fotón-barión obtenida del fondo cósmico de microondas, esta nucleosíntesis predice las proporciones precisas de todos estos isótopos.
Para el helio y el deuterio las predicciones concuerdan muy bien con lo observado en el Universo real, pero no para el litio, que predice cinco partes por mil millones de hidrógeno, que es de 2 a 5 veces mayor que lo observado realmente.
Es muy interesante que estas dos cantidades no coinciden porque eso nos dice que hay algo que los seres humanos no comprendemos bien. Este es uno de los misterios de la Cosmología moderna desde hace diez años.
Durante este tiempo se han dado diversas explicaciones a esta discrepancia, pero ninguna es totalmente satisfactoria. Así por ejemplo, se ha propuesto que quizás haya algún proceso nuclear en las atmósferas de estrellas viejas que destruya el litio, aunque no se ha precisado qué mecanismo puede ser ese.
Ahora un equipo de físicos cree haber dado con una explicación nueva que a la vez es exótica. Maxim Pospelov (Perimeter Institute, Waterloo, Canada) y sus colaboradores de la Academia Austriaca de Ciencias en Viena consiguen encajar las proporciones teóricas y medidas introduciendo una nueva partícula.
Según ellos debe de existir un tipo de partícula supersimétrica que no está en el Modelo Estándar que al comienzo del Universo tuvo que interaccionar con los protones y neutrones para romper el litio-7 que se formaba por reacciones nucleares en esa época para transformarlo en helio-4. Como el helio-4 es mucho más abundante, la contribución mediante este proceso a su abundancia pasaría desapercibida.
La partícula propuesta tendría una masa de entre 1,6 y 20 MeV, sería estable y eléctricamente neutra. Interaccionaría fuertemente con los protones y neutrones.
Esta partícula reduciría la cantidad de litio de dos formas distintas. Por un lado rompería los núcleos de berilio en helio-3 y helio-4 antes de que el primero pudiera decaer en litio-7. Además, podría romper el deuterio en su protón y neutrón constituyente. Los neutrones obtenidos por este último proceso destruirían el litio formado. Como los neutrones podrían recombinarse con protones para formar deuterio de nuevo, la cantidad final de deuterio no se alteraría por la presencia esta partícula.
Por tanto, no sería necesaria la presencia de neutrones extras para realizar esta última fisión del modo habitual. Digamos que esta partícula reciclaría los neutrones para que puedan proseguir con esta reacción.
El límite superior de los 20 MeV para la masa de esta partícula corresponde con la energía de ligadura del helio-4 de tal modo que la abundancia de este elemento no se vea alterada y que las predicciones concuerdan con lo observado.
Según Pospelov la nueva partícula podría jugar otro papel. Así por ejemplo, podría actuar de mediador entre la materia normal y la oscura. La hipótesis de una materia oscura auto-interactuante favorece la existencia de un mediador de una masa comprendida entre 10 y 30 MeV.
La ventaja es que la hipótesis que se propone es testable experimentalmente. Se podrían lanzar protones sobre un blanco y buscar entre los subproductos partículas con la masa apropiada a unos metros del blanco. También se podrían hacer experimentos con kaones.
Pero los expertos se muestran escépticos a falta de precisamente esas pruebas experimentales y tachan la propuesta de especulativa. Estos creen que la discrepancia del litio posiblemente tiene una solución astrofísica.
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