M2 Nucleosíntesis Primordial

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El protagonista de este modelo es la razón entre neutrones y protones en el universo primitivo. La nucleosíntesis primordial ocurre entre los tres segundos y los veinte minutos de vida del universo, una ventana de tiempo muy breve que hace que todo este proceso quede decidido casi de inmediato.

Mientras el universo se mantiene en equilibrio térmico, esa razón entre neutrones y protones cae de forma continua a medida que la temperatura baja, porque bajar la temperatura hace que las interacciones débiles favorezcan cada vez más la conversión de neutrones en protones. Pero en cuanto la tasa a la que ocurren esas mismas interacciones débiles cae por debajo de la propia tasa de expansión del universo, esa razón deja de seguir cayendo y queda fija en un valor cercano a un neutrón por cada siete protones: ese umbral hace que, de una vez y para siempre, quede decidida cuánta materia prima está disponible para fabricar helio.

Prácticamente todos los neutrones que sobreviven a ese momento en que la razón queda fija terminan incorporados en núcleos de helio con cuatro nucleones; la fracción de masa que resulta de ello es una predicción muy robusta de este modelo, y depende sobre todo de la asimetría entre bariones y fotones y del número de familias de neutrinos que existen, de modo que cualquier cambio en esa asimetría o en ese número hace que la fracción de masa predicha también cambie.

El deuterio es el termómetro más sensible de todo este proceso, porque su abundancia final es inversamente proporcional a la densidad de bariones del universo: una densidad de bariones mayor hace que sobreviva menos deuterio, lo que convierte a ese deuterio en una medida muy precisa de esa misma densidad. Así, desde la razón entre neutrones y protones con la que arranca este documento hasta esa medida precisa de la densidad de bariones con la que termina, pasando por el umbral que fija esa razón y la producción de helio que ese umbral determina, la razón entre neutrones y protones del universo primitivo hace que unos pocos minutos, al comienzo mismo del cosmos, terminen fijando para siempre de qué está hecho el universo entero.

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