Grandes átomos demandar gran energía para construir. Un nuevo modelo de interacciones cuánticas sugiere ahora algunas de las partículas más ligeras en el Universo podría desempeñar un papel crítico en cómo se forman al menos algunos elementos pesados.

Físicos estadounidenses han demostrado cómo las partículas subatómicas «fantasmas» conocidas como neutrinos podría obligar a los núcleos atómicos a convertirse en nuevos elementos.

Este no sólo sería un método completamente diferente para construir elementos más pesados ​​que el hierro, sino que también podría describir un camino ‘intermedio’ largamente hipotetizado que se sitúa en el límite entre dos procesos conocidos. fusión nuclear y nucleosíntesis.

Para la mayoría de los elementos más grandes que el hidrógeno, el cálido abrazo de una estrella grande y brillante es suficiente para que los protones y neutrones superen su fuerte necesidad de separarse el tiempo suficiente para que otras interacciones de corto alcance tomen el control. Este abrazo de fusión libera energía adicional, lo que ayuda a que los núcleos de las estrellas se mantengan calientes.

Una vez que los átomos crecen hasta alcanzar un tamaño de alrededor de 55 nucleones (la masa de un núcleo de hierro – la adición de protones adicionales requiere más energía de la que el proceso de fusión puede reembolsar.

Este cambio en la economía termonuclear significa que los pesos pesados ​​de la tabla periódica sólo pueden formarse cuando neutrones adicionales se adhieren a la masa solidificada de partículas nucleares durante el tiempo suficiente para que una de ellas se desintegre y vomite un electrón y un neutrinotransformándolo en el protón adicional necesario para calificar como un nuevo elemento.

Por lo general, este proceso es dolorosamente lento y se prolonga a lo largo de décadas o incluso siglos a medida que avanzamos. núcleos dentro de estrellas grandes se empujan, ganando y perdiendo neutrones con frecuencia y pocos logran cambiar a la cubierta de protones en el momento crítico.

Si se le da suficiente fuerza, este crecimiento también puede ser sorprendentemente rápido: en cuestión de minutos en el candente caos de la economía. colapsando y estrellas en colisión.

Pero algunos físicos teóricos se han preguntado si existen otras vías, intermedias entre el proceso lento o ‘s’ y el proceso rápido o ‘r’.

«No está claro dónde se fabrican los elementos químicos y no conocemos todas las formas posibles de producirlos». dice El autor principal del estudio, el físico Baha Balantekin de la Universidad de Wisconsin en Madison.

«Creemos que algunos se producen en explosiones de supernovas o estrella neutrón fusiones, y muchos de estos objetos se rigen por las leyes de la mecánica cuántica, por lo que puedes usar las estrellas para explorar aspectos de la mecánica cuántica».

Se podría encontrar una solución en la naturaleza cuántica de las avalanchas de neutrinos (las partículas con masa más abundantes del Universo) que se derraman en los entornos cósmicos.

Aunque prácticamente no tienen masa y apenas existen medios para dar a conocer su presencia, su gran número significa que la emisión y absorción ocasional de estas efímeras «partículas fantasma» todavía ejercen una influencia sobre los balances de protones y neutrones que zumban en las profundidades de las estrellas masivas y catastróficas galaxias cósmicas. eventos.

Una peculiaridad extraña del neutrino es su hábito de oscilar dentro de una confusión cuántica, cambiando de varios sabores de identidad mientras vuela por el espacio vacío.

Modelar grandes cantidades de neutrinos cambiando y cambiando de sabores dentro de una caótica sopa de nucleones es más fácil de decir que de hacer, por lo que los físicos a menudo los tratan como un sistema único, donde las propiedades de las partículas individuales se consideran como una superpartícula grande y entrelazada.

Balantekin y sus colegas de la Universidad George Washington y la Universidad de California, Berkeley, utilizaron este mismo enfoque para comprender mejor cómo los vientos de neutrinos emitidos por una estrella de neutrones recién nacida que choca contra el entorno circundante podrían servir como un proceso intermedio de nucleosíntesis.

Al determinar en qué medida la identidad cuántica de los neutrinos individuales depende del grado de este estado entrelazado, el equipo descubrió que esta tormenta fantasmal podría generar una cantidad significativa de nuevos elementos.

«Este artículo muestra que si los neutrinos se entrelazan, se produce un nuevo proceso mejorado de producción de elementos, el proceso i», dice Balantekin.

Si bien los números cuadran en teoría, probar la idea es otra cuestión.

Estudiando las interacciones de neutrinos ‘fantasmales’ en la Tierra todavía está en su infanciadejando a los investigadores mirar a la distancia del espacio En busca de evidencia de nuevas formas en que se unen los elementos más importantes.

Esta investigación fue publicada en La revista astrofísica.