Investigadores de Bonn y Bochum calculan un núcleo de carbono de crucial importancia

Artículo publicado el 9 de mayo de 2011 en la web de la Universidad de Bonn

Para el carbono, la base de la vida, capaz de formarse en las estrellas, un cierto estado del núcleo de este elemento desempeña un papel esencial. En cooperación con colegas de los Estados Unidos, físicos de la Universidad de Bonn y la Ruhr-Universität Bochum han sido capaces de calcular este legendario núcleo del carbono, resolviendo un problema que ha mantenido a la ciencia en vilo durante más de 50 años. Los investigadores publican sus resultados en el próximo ejemplar de la revista científica Physical Review Letters.

Núcleo atómico


“Los intentos por calcular el estado de Hoyle no han tenido éxito desde 1954”, dice el Profesor Dr. Ulf-G. Meißner (Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn). “Pero ahora, lo hemos logrado”. El estado de Hoyle es una forma rica en energía del núcleo de carbono. Es el paso de las montañas a través del cual todos los caminos desde un valle llevan al siguiente: Desde los tres núcleos de gas de helio al mucho mayor núcleo de carbono. Esta reacción de fusión tiene lugar en el interior caliente de las estrellas pesadas. Si el estado de Hoyle no existiera, sólo podría haberse formado una pequeña cantidad de otros elementos pesados tales como carbono, oxígeno, nitrógeno o hierro. Sin este tipo de núcleo de carbono, la vida probablemente no habría sido posible.

La búsqueda del “transmisor esclavo”

El estado de Hoyle ha sido verificado por experimentos desde 1954, pero hasta ahora no había sido posible calcularlo. Esta forma de carbono consiste en sólo tres núcleos de helio ligados ligeramente – mas un difuso núcleo de carbono. Y esto no ocurre aisladamente, sólo junto con otras formas de carbono. “Es como si quisieras analizar una señal de radio cuyo transmisor principal y varios transmisores esclavos están interfiriendo entre sí”, explica el Prof. Dr. Evgeny Epelbaum (Instituto de Física Teórica II en Ruhr-Universität Bochum). El transmisor principal es el núcleo de carbono estable del cual los humanos – entre otros – estamos hechos. “Pero nosotros estamos interesados en uno de los núcleos de carbono inestables y rico en energía; por lo que hemos separado el transmisor de radio más débil de la señal predominante usando un filtro de ruido”.

Lo que hizo posible este avance fue una nueva y mejorada aproximación de cálculo usada por los investigadores, que les permitió calcular las fuerzas entre varias partículas nucleares de una forma más precisa que nunca. Y en JUGENE, el supercomputador de Forschungszentrum Jülich, encontraron una herramienta adecuada. JUGENE necesitó casi una semana para realizar los cálculos. Los resultados encajaban con los datos experimentales tan bien que los investigadores pueden estar seguros que de han calculado el estado de Hoyle.

Más sobre cómo el universo saltó a la existencia

“Ahora podemos analizar esta emocionante y esencial forma del núcleo de carbono en detalle”, explica el Prof. Meißner. “Determinaremos cómo de grande es y cuál es su estructura. Y esto también significa que podemos echar un vistazo de cerca a toda la cadena de cómo se forman los elementos”.

En el futuro, esto incluso puede permitir contestar cuestiones filosóficas usando la ciencia. Durante décadas, el estado de Hoyle fue un ejemplo principal para la teoría de que las constantes naturales deben tener exactamente los valores determinados experimentalmente, y no otros diferentes, dado que de otra forma no estaríamos aquí para observar el universo (el principio antrópico). “Para el estado de Hoyle esto significa que debe tener exactamente la cantidad de energía que tiene, o sino, no existiríamos”, dice el Prof. Meißner. “Ahora podemos calcular si – en un mundo con otros parámetros – el estado de Hoyle tendrían efectivamente una energía distinta al compararlo con la masa de los tres núcleos de helio”. De ser así, se confirmaría el principio antrópico.

Este estudio se realizó conjuntamente por la Universidad de Bonn, Ruhr -Universität Bochum, la Universidad Estatal de Carolina del Norte y Forschungszentrum Jülich.


Artículo de referencia: E. Epelbaum, H. Krebs, D. Lee, Ulf-G. Meißner, Ab initio calculation of the Hoyle state, Physical Review Letters, 2011. Online: http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i19/e192501
DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.192501

Fecha Original: 9 de mayo de 2011
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Comments (2)

  1. Información Bitacoras.com…

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  2. [...] En un artículo publicado en 2011, Meissner y sus colaboradores describen cómo usaron este enfoque híbrido para identificar el estado de Hoyle. Para hacer esto, primero calcularon el estado base del carbono-12, estableciendo un vasto número de configuraciones de los protones y neutrones virtuales dentro de JUGENE, y luego observando qué sucedía cuando esas configuraciones evolucionaban a lo largo del tiempo. La configuración que duró más, la que era más estable, era el estado base. Identificar el estado de Hoyle fue un tanto complejo, dado que implicaba la parada de la simulación en un punto anterior y luego en desentrelazamiento de varios estados que quedaban. A pesar de los desafíos en el calibrado de su simulación usando dispersión y otros datos, sus valores calculados para la energía del estado base del carbono-12 y del estado de Hoyle concordaban muy bien con el experimento. [...]

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