También había helio, y solo el más ligero olor a litio.
La razón son las llamadas barreras de cinco y ocho nucleones. No hay núcleos estables con cinco nucleones (protones o neutrones) en ellos; de hecho, no hay núcleos con cinco nucleones que no se descompongan en la fracción más pequeña de un segundo. Tampoco hay un núcleo estable con ocho nucleones, y el núcleo inestable de ocho núcleos con la vida media más larga, el litio-8, se descompone en menos de un segundo.
Esto hace que sea bastante difícil construir algo más allá del helio (con cuatro nucleones) en condiciones de baja densidad en el universo temprano. Por bajo, quiero decir en relación con los núcleos estelares, donde la mayoría de la nucleosíntesis tiene lugar en el universo moderno; El universo era mucho más denso en sus primeros minutos de lo que es ahora.
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Al principio, solo había hidrógeno; hidrógeno-1, protones desnudos. Sin nada más con lo que reaccionar, los protones tuvieron que reaccionar entre sí. Resulta que un núcleo con dos protones no puede existir. Simplemente no se pegarán entre sí, sin importar cuán cerca se acerquen. Pero si uno de los protones se descompone en un neutrón, positrón y antineutrino en el momento de la aproximación más cercana, el neutrón y el protón se adhieren entre sí para formar deuterio, hidrógeno-2.
El deuterio es extremadamente “pegajoso” y se combina casi de inmediato con otro protón para formar helio-3. Así que ahora tenemos mucho hidrógeno, una bocanada de deuterio y una bocanada de helio-3. El helio-3 no puede reaccionar con el hidrógeno, porque el litio-4 se desmorona en la fracción más pequeña de un segundo. El helio-3 tampoco puede reaccionar con el deuterio, porque el litio-5 es aún menos estable que el litio-4, esa es la barrera de los cinco nucleones. Por lo tanto, el helio-3 se cuelga hasta que se acumula suficiente para que el helio-3 reaccione consigo mismo. El berilio-6 producido de esta manera es increíblemente inestable, pero se descompone en helio-4 y dos protones, por lo que esto realmente progresa.
El problema ahora es que el helio-4 no puede reaccionar con el hidrógeno (esa es la barrera de los cinco nucleones); y no hay mucho deuterio o helio-3 alrededor para reaccionar. Helium-4 más deuterio sería litio-6, y eso es parte de por qué se forma un olor a litio en el Big Bang. Heium-4 más helium-3 sería berilio-7, que se descompone rápidamente en litio-7, por lo que es un olor a un isótopo de litio diferente. Helium-4 plus helium-4 se encuentra con esa barrera de ocho nucleones. Por eso, el Big Bang no pudo ir más allá del helio y solo una bocanada de litio.
Entonces, ¿cómo lo hacen las estrellas? Los núcleos de estrellas donde se quema el helio son muy densos, un millón de veces más densos que el agua. Esto es mucho más denso incluso que el universo denso en los primeros minutos. Esto significa que cuando dos núcleos de helio-4 colisionan, hay una pequeña posibilidad de que aparezca otro helio-4 antes de que el increíblemente inestable berilio-8 tenga tiempo de desmoronarse. Y entonces obtienes carbono-12, que es muy estable, y es la base para la nucleosíntesis de todos los demás elementos que se pueden formar en las estrellas.
