¿Sabe por qué brilla el Sol?

¿Sabe por qué brilla el Sol?

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¿Por qué brilla el Sol?

La energía del Sol se genera, principalmente, a partir de procesos de fusión nuclear para formar núcleos de helio.

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Archivo / EL TIEMPO

Por: Ciencia
06 de septiembre 2018 , 11:12 p.m.

Los progresos de la física de partículas han redundado en un mejor conocimiento del núcleo atómico, cuya estructura se considera ahora una sucesión de capas o niveles cuánticos similar a las capas electrónicas del modelo de Bohr.

Todas las reacciones nucleares (artificiales o naturales) obedecen las reglas que la física cuántica establece para ellas. Y si recordamos que las estrellas son auténticos hornos nucleares, nos percataremos de la importancia de estos procesos, sin los cuales no habría vida en la Tierra, ni el universo sería como lo observamos.

La reacción que ahora más nos interesa es la fusión nuclear que ocurre en nuestra estrella cuando los protones se unen para formar núcleos de helio desprendiendo fotones y otras partículas. Dejando a un lado detalles demasiado confusos, podríamos preguntarnos si la temperatura interna de una estrella como nuestro Sol alcanza el valor necesario para combinar protones en la fusión nuclear, superando la repulsión eléctrica entre ellos. Y la respuesta es que no la alcanza.

Dentro del Sol la temperatura llega a unos 15 millones de grados; tanto calor que protones y electrones no pueden formar átomos como el hidrógeno, y se mueven al margen unos de otros sin afectarse apenas. A esas temperaturas, la velocidad promedio de las partículas se estima en unos quinientos kilómetros cada segundo.

A fin de provocar la fusión de protones y crear helio –un resumen muy esquemático del mecanismo que hace brillar el Sol–, los protones involucrados en el proceso han de acercarse a una distancia suficiente para que la fuerza nuclear fuerte (de atracción) venza la fuerza eléctrica (de repulsión) entre ellos. Una serie de sencillos cálculos demuestran que, con una temperatura de 15 millones de grados, la energía de los protones queda mil veces por debajo de la necesaria para tal acercamiento.

Si lo pensamos unos momentos, tampoco es tan sorprendente, porque si los protones tuviesen bastante energía para fusionarse gracias a la temperatura interna del Sol, nada impediría que se produjese la fusión de todos ellos al instante, y la estrella colapsaría en una explosión generadora de un cataclismo.

Así pues, se dice que existe una ‘barrera de potencial’ en referencia a la energía que los protones deberían tener para sobrepasar la repulsión eléctrica entre ellos. Y es ahora donde entra en juego uno de esos fantasmagóricos fenómenos distintivos de la física cuántica, el efecto túnel, capaz de hacer posible –siempre con cierto grado de probabilidad– lo imposible. Para la física clásica, el dilema era muy sencillo: o bien la partícula tenía energía suficiente para superar la barrera de potencial, y la superaba, o no la tenía, y en ese caso no la sobrepasaba.

En un escenario cuántico, la situación cambia radicalmente; los protones ya no poseen una energía bien definida, sino que se hallan en una superposición de distintos estados energéticos. Algunos de estos estados se caracterizan por un valor de la energía suficiente para franquear la barrera de potencial, y son precisamente esos estados los que conceden al protón una determinada probabilidad de traspasar el obstáculo energético. Y, de hecho, así ocurre; los protones se fusionan al ritmo adecuado –obedeciedo las reglas probabilístas cuánticas– para emitir fotones cuya presión impida el hundimiento de la estrella bajo su propio peso y, a la vez, sin hacerlo tan rápido para agotarse en un gigantesco estallido instantáneo.

De ahora en adelante, cada vez que tomemos el sol en una playa o que caminemos al aire libre en un día luminoso, recordemos que además de la famosa ecuación de Einstein, E = mc2, también la física cuántica tiene algo que decir sobre ese privilegio que los humanos disfrutamos cada día.

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