El premio cayó en nuestro universo

publicado el 12 de junio de 2011 en «Milenio Diario»
columna: «se descubrió que...»

 

El récord de ocupación humana en un sitio lo tiene, hasta ahora, la cueva Sibudu, en Sudáfrica: los restos dejados por generaciones de habitantes son de hace 77 mil años y quizá más antiguos. Metros de sedimentos están llenos de artefactos que muestran la formación cultural del Homo sapiens: sofisticadas herramientas de piedra, otras de hueso tallado con habilidad, huesos de animales grandes y pequeños que sirvieron de alimento, ornamentos de conchas. Sibudu es una poderosa herramienta para probar hipótesis acerca de nuestro desarrollo cognitivo, muestra los primeros arcos y flechas, así como trampas para pequeños animales, todo lo cual requiere no sólo de habilidad sino de planificar, pensar por adelantado.

Pero seguimos asombrados ante la inmensa cantidad de casualidades que debieron darse, en la sucesión adecuada, para que llegáramos a donde estamos: materia estudiando su propio origen. Uno de los problemas serios es que la vida sobre este planeta esté basada en el carbono y éste sea difícil de producir. Son necesarios hornos estelares, los núcleos de estrellas de generaciones previas que, al agotar su fuente de hidrógeno, transformado en helio por la fusión de los átomos de hidrógeno, pierden su equilibrio y las capas superiores se colapsan sobre las inferiores, hasta producir en el núcleo el gran apachurrón que fusiona helio en elementos más pesados. El rebote lanza ese material al espacio interestelar y allí es de nuevo colectado por la gravitación y forma parte de sistemas solares como el nuestro, que abundan.

Aun con el gran aplastón en el centro de la estrella moribunda, la fusión del helio daría muy poco carbón y otros elementos como oxígeno, nitrógeno y hierro, sin el "estado de Hoyle", por Fred Hoyle, el astrónomo y principal opositor a la teoría del Big Bang. Se atribuye a Hoyle el término despectivo: "Así que la nada hizo bang y aquí estamos..." Dijo a fines de los años 40. A principios de los 50 propuso un estado que sería esencial para la síntesis del carbón en las estrellas gigantes rojas que obtienen energía por la fusión del helio (resultante de la fusión del hidrógeno).

Hoyle propuso un proceso denominado triple-alfa: el carbono-12, el más abundante de los dos isótopos estables del carbono, está formado por 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. En su núcleo hay, pues, 12 partículas: tres helios. En los principios de la física atómica se empleaban las llamadas "partículas alfa" para bombardear el átomo y descubrir su estructura. Fue así como J. J. Thompson descubrió el electrón en 1897. Una partícula alfa es un núcleo de helio.

La receta para obtener carbono (y humanos) dice que primero se cocine helio-4 en un horno estelar por fusión de átomos de hidrógeno. El helio-4 tiene un núcleo con dos protones y dos neutrones. Así que, cuando la estrella tiene suficiente masa para convertirse en una gigante roja y fusionar helio-4 se forman berilio-8 y otros elementos de núcleos inestables, así que enseguida decaen en núcleos menos pesados. Para lograr el carbono-12 es necesario actuar de prisa: antes de que el núcleo de berilio decaiga (se parta). Cuando el núcleo de la estrella gigante roja comienza a colapsarse, alcanza temperaturas que logran fusionar núcleos de helio en berilio a velocidad suficiente para sustituir su casi inmediata partición en dos helios.

Con ese proceso puede lograrse que el berilio tome otro helio y forme carbono-12, estable. Y bien, pues de eso tan difícil de cocinar estamos hechos humanos, ranas y naranjos. Fue necesario un estado predicho por Hoyle sin observación alguna, sólo porque el carbono, sin ese estado, no existiría. Lo que llamamos partículas son a la vez ondas, las ondas oscilan más en ciertas frecuencias que en otras. Esta resonancia del berilio está ajustada tan precisamente que, en los breves instantes de su existencia, logra fusionarse con otro helio. Y tenemos carbono-12, estable.

"Los intentos por calcular el estado de Hoyle no habían tenido éxito desde 1954", dice Ulf-G Meissner, de la Universidad de Bonn, Alemania. "Pero ahora lo hemos calculado".

Por más de medio siglo, el estado de Hoyle fue un ejemplo religioso de cómo las constantes universales deben estar ajustadas y el menor cambio en una nos daría otro tipo de universo, en el que no estaríamos.

Al respecto ya vimos una respuesta: si hay millones de millones de millones de universos haciendo pop, plat, plink, como burbujas en una eterna jabonadura, el universo donde esas variables se dieron, el nuestro, más que un caso extraordinario, es un producto que necesariamente ocurre. Si tengo una urna con un millón de boletos numerados, la probabilidad de sacar el 238 es un millonésimo. La de sacar cualquier número es 1: es imposible no sacar algún número si meto la mano y saco un boleto.

"Ab initio calculation of the Hoyle state", Physical Review Letters, 2011.

Maravillas y misterios de la física cuántica, Cal y Arena 2010.