lunes, 5 de septiembre de 2016

Sorteando el ajuste fino del proceso triple alfa

Es posible diseñar universos distintos al nuestro que favorezcan mejor a la vida.

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La existencia de usted, amigo lector, de la pantalla sobre la que lee esto o de todo lo que está al otro lado depende de la armoniosa sintonía entre distintos parámetros y constantes de la Física.
Así por ejemplo, el Universo sería muy distinto si la carga del electrón fuera ligeramente distinta a la actual o si la constante de estructura fina variara en un pequeño porcentaje. Esos cambios pueden implicar que la vida tal y como la conocemos no se podría dar en un universo en el que efectuamos pequeños cambios.
Algunos de estos cambios pueden ser compensado por otros, pero, en general, podemos decir que dentro del espacio de parámetros, la región que permite la vida (y por tanto al existencia de nosotros) es sólo una pequeña parte, pero no sabemos cómo de grande es exactamente. Por tanto, el cálculo de probabilidades nos dicen que si reiniciáramos el Universo, nosotros ni nada equivalente estaría aquí para plantearse estas preguntas.
Frente a este problema podemos tomar varias alternativas. En un caso podemos asumir que hay algún mecanismo mediante el cual se eligen parámetros propicios. Dentro de esta línea está la idea de Lee Smolin según la cual los universos de un multiverso, bajo cierta evolución darwiniana, se “reproducen” con más éxito si tienen parámetros que favorecen la vida. Esto se daría de tal modo que la vida sería cada más inevitable en una población creciente de universos cada vez más propicios.
Otra posibilidad es rendirse y asumir que hay una infinidad de universos cuyos parámetros se eligen al azar, la mayoría de los cuales no permiten la vida, y que nos ha tocado en suerte uno de los pocos en el que la vida es posible. De hecho, no es ni suerte, pues sólo en aquellos que es posible la vida hay seres que se pueden plantear estas cosas.
Aunque también podemos recurrir al principio antrópico y no explicar nada en absoluto.
Uno de esos parámetros es el que afecta a una delicada reacción nuclear denominada “proceso triple alfa”. En este proceso, que se da en el interior de las estrellas, se forma un núcleo de carbono a partir de tres núcleos de helio (tres partículas alfa). Para ello se necesita una temperatura de 100.000.000 kelvin y una gran densidad.
La probabilidad de que se produzca un choque a tres para producir carbono es básicamente nula. Así no es cómo funciona el horno termonuclear estelar en general, sino que se dan sucesivos pasos.
En este caso, dos alfas chocan entre sí para formar un núcleo de berilio-8 y luego ese núcleo de berilio-8 adquiere el tercer alfa para formar carbono-12 en estado excitado. En esta última reacción se produce energía y un fotón gamma.
Este proceso sólo es posible en el núcleo de las estrellas más viejas, en donde el helio (producido por las cadenas protón-protón y por el ciclo CNO) se ha ido acumulando en el núcleo y todo el hidrógeno allí presente se ha consumido. Entonces, el núcleo colapsa hasta que se alcanzan la temperatura necesaria para iniciar esta reacción.
Pero, y aquí viene lo interesante, el berilio-8 es muy inestable y decae rápidamente en dos alfas en sólo 2,6•10-16 segundos. Normalmente hay siempre pequeñas cantidades de Berilio-8 en el núcleo estelar como para producir carbono por fusión. Pero, incluso así, la probabilidad de que se diese el proceso triple alfa hasta el final sería extremadamente pequeña si no fuera a dos “pequeñas casualidades”.
El nivel energético inferior del berilio-8 tiene exactamente la misma energía que dos partículas alfa y, en la segunda etapa, el berilio-8 y la partícula alfa tienen exactamente la misma energía que el estado excitado del carbono-12.
Es precisamente esta última resonancia la que aumenta las posibilidades de formación de carbono. Permite crear carbono en su estado excitado, que decae a su estado fundamental y estable al poco tiempo. El valor de esta resonancia es de 7,644 MeV.
Pero el proceso es muy sensible a ese valor de energía. Una variación de sólo 0,1 MeV produciría mucho menos carbono y una de 0,3 MeV ya no permitiría el proceso triple alfa en absoluto y no habría carbono, así que la vida no sería posible y usted, amigo lector no estaría aquí leyendo esto. De hecho, al eliminarse este escalón hacia elementos más pesados, tampoco se podrían formar fácilmente elementos más allá de carbono, pues a partir del carbono y una alfa se forma oxígeno y el oxígeno más otra alfa produce neón, aunque en mucha menor cantidad. Otras reacciones nucleares, desintegraciones y procesos de captura de neutrones en las estrellas producen el resto de los elementos hasta el hierro.
En 1952 se desconocía este valor de 7,644 MeV. El astrofísico Fred Hoyle usó el hecho de que existe la cantidad observada de carbono-12 en el Universo como prueba de la existencia de dicha resonancia. La resonancia fue finalmente encontrada experimentalmente por W. Fowler y colaboradores al poco tiempo de ser propuesta por Hoyle.
El supuesto ajuste fino del proceso triple alfa ha sido usado por algunos para proponer el multiverso y la idea de que sólo una pequeña cantidad de universos permiten la vida tal y como la conocemos. De otro modo, el Universo supuestamente único en el que vivimos tendría que haber sido ajustado de una forma extremadamente fina para que permitiese la vida, lo que nos haría muy afortunados y víctimas del creacionismo.
Ahora, unos investigadores proponen una alternativa a la producción de carbono que permitiría a la vida aparecer aunque cambiase la resonancia del proceso triple alfa.
Según Fred Adams (University of Michigan, Ann Arbor) y sus colaboradores, si cambia esta resonancia, entonces es posible también alterar otros parámetros de tal modo que el berilio-8 se hace mucho más estable y entonces sí es posible la formación de carbono y elementos más pesados.
Para que esto ocurra basta con que se cambie la energía de ligadura del berilio-8 en sólo 0,1 MeV. Esto se puede conseguir si se altera la intensidad de la fuerza fuerte, que es la responsable de mantener los quarks formando nucleones y los núcleos cohesionados.
Sus simulaciones demuestran que, en semejante universo, el berilio-8 sería lo suficientemente estable como para producir grandes cantidades de carbono, por lo que la vida podría aparecer. “Hay más universos que funcionan de lo que la gente cree”, dice Adams.
Según Adams, estos universos serían incluso más lógicos que el nuestro, pues tendrían estrellas que formarían elementos a lo largo de la tabla periódica sin depender del proceso triple alfa. “Tendemos a pensar que nuestro universo está ajustado finamente para nosotros y además creemos que es el universo que mejor puede ser diseñado”, comenta Adams. Sin embargo, este investigador y sus colaboradores sostienen que, gracias a su estudio, han logrado diseñar un universo mejor.
Para saber si somos o no afortunados tendríamos que estar seguros de que el multiverso existe (algo imposible por definición) y así poder calcular la probabilidad de que se den estos cambios en los parámetros que los forman. Para ello necesitaríamos además de una teoría física que nos describiera cómo se forman los universos, teoría de la que carecemos.
Pero siempre seguiremos planteándonos preguntas sobre la existencia.
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