El origen de los elementos en tres actos

origen de los elementos en tres actos
El
Sigfrido Escalante, Leticia Carigi y Laura Gasque

La lista de ingredientes del Universo revela que hay mucho hidrógeno (el elemento más ligero) y muy poco uranio (el más pesado). Los intermedios se dan en cantidades diversas. ¿A qué se debe esta curva de abundancia de los elementos químicos?
Lo más natural cuando uno toma conciencia de sí mismo esmirar su entorno y preguntarse de dónde salió todo. Esto lleva a una pregunta fundamental: ¿cómo se formó el Universo y lo que contiene? Hay muchas formas de satisfacer estas preguntas. Algunos responden desde la religión, otros por medio de la ciencia; otros más ni se las preguntan, o bien, se resignan a vivir sin respuesta. El relato científico del origen y la historia del Universo se construye apartir de observaciones astronómicas que dan indicios del pasado. Estas observaciones se han ido recogiendo e interpretando a lo largo de los últimos 100 años. El panorama que pintan sugiere fuertemente que en el pasado el Universo estuvo todo concentrado en un punto, a temperaturas y presiones increíbles. Hoy pensamos que ese punto empezó a expandirse con una gran explosión (el Big Bang). Estaidea está sustentada por tres importantes evidencias: la primera es la expansión del Universo, postulada en los años 30 a partir de las observaciones de Edwin Hubble. La ¿cómoves? segunda evidencia es el descubrimiento de la radiación de fondo, el eco electromagnético del Big Bang, predicha por George Gamow en 1948 y descubierta accidentalmente por Arno Penzias y Robert Wilson en 1965. La tercera esla abundancia actual de los elementos químicos ligeros: 73.9% de la masa de la materia normal del Universo es hidrógeno y 24.0% es helio. Los elementos químicos más pesados —el oxígeno, el carbono, el oro, el hierro, etc.— forman sólo el 2%. ¿Por qué? Gracias a las investigaciones de muchos científicos desde los años 30, hoy creemos que esta situación se puede explicar esencialmente en trespasos, o tres actos de una obra de teatro cósmica. En el escenario vemos un Universo diminuto e inimaginablemente denso. La temperatura es de miles de cuatrillones de grados Celsius, pero irá bajando con la expansión con que empieza esta función cósmica. Un segundo después de la gran explosión la temperatura ya es de sólo 10 000 millones de grados. Las teorías actuales no pueden describir lo que habíaen el instante cero, pero la física ya puede hacer afirmaciones sustentables acerca de lo que ocurrió a una fracción de segundo de empezada la obra. Los personajes del primer acto son partículas de luz (fotones), así como las partículas que hoy forman los átomos (electrones, protones y neutrones) y unas que casi no interactúan con nada, pero que nos ayudan a explicar el drama que vamos apresenciar, llamadas neutrinos y antineutrinos. En las condiciones inmediatamente posteriores al Big Bang el

Ilustraciones: Raúl Cruz Figueroa

Primer acto: nucleosíntesis primigenia
Se abre el telón en el instante cero del Universo, el momento en que empieza el Big Bang. El primer acto no durará más de cuatro minutos, pero estará repleto de acontecimientos importantes.

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neutrón
2 Hdeuterio 3 H tritio 4 He helio

protón

Formación de un núcleo de helio por fusión nuclear.

contenido del Universo está en efervescencia. Las partículas chocan unas con otras a velocidades altísimas y rebotan sin poderse quedar unidas. Los neutrones, que en un átomo son estables y pueden durar casi eternamente, cuando son libres se desintegran en unos minutos. De esta descomposición de losneutrones salen un protón, un electrón y un antineutrino. Los personajes de esta obra cambian de identidad según la lógica de las leyes de la física, pero a estas temperaturas no pueden formar relaciones estables. Sigue la expansión del Universo. La temperatura baja. A los 1 000 millones de grados las colisiones de las partículas ya no son tan energéticas. Entre protones y neutrones hay una atracción...