Gènesi dels Elements i Forces Fonamentals a l'Univers Primordial

La Gènesi dels Elements

Imaginem que ens trobem a l’horitzó del nostre passat fa 15.000 milions d’anys. L’univers és un puré homogeni de partícules elementals: electrons, fotons, quarks, etc.

Definicions de Partícules Fonamentals

Fotons

Partícules d’energia pura sense massa que viatgen a la velocitat de la llum. Si la velocitat és inferior, l’energia es condensa en matèria.

Quarks

Nom genèric de partícules fonamentals que constitueixen la matèria.

Aquestes partícules es van organitzar per formar estructures de nivell superior gràcies a quatre forces:

Les Quatre Forces Fonamentals

• Força Nuclear Forta (FNF): És la responsable de la cohesió dels nuclis atòmics i dels lligams entre les partícules que formen els quarks. Aquesta energia s’allibera en els processos de fusió i fissió nuclear.
• Força Electromagnètica (FEM): Afecta les partícules amb càrrega elèctrica i assegura la cohesió dels àtoms.
• Força de la Gravetat (FG): Organitza les estructures a gran escala.
• Força Nuclear Feble (FNF): Es manifesta en processos radioactius.

Comparació Energètica de les Forces

Si comparem les quatre forces en forma energètica, la més forta és:

FnF > FEm > Fnf > Fg

La força gravitatòria és unipolar, mentre que la força electromagnètica és bipolar.

Formació dels Primers Elements

Quan la temperatura baixa de 10¹² K, la força nuclear forta fa que els quarks s’uneixin de 3 en 3 per formar els primers nucleons. Posteriorment, la mateixa interacció farà que aquests nucleons es comencin a agrupar, formant nuclis d’heli.

L'Era de la Recombinació

Ara la temperatura és inferior a 10¹⁰ K. Ja hem superat el primer minut de l’univers. En aquest moment, la matèria de l’univers es compon del 75% de nuclis d’hidrogen i el 25% de nuclis d’heli.

La següent interacció, la força electromagnètica, no es manifesta fins que la temperatura no baixa de 3.000 K. És llavors quan aquesta interacció fa que els electrons se situïn al voltant del nucli atòmic i es formin els primers àtoms d’hidrogen i d’heli.

Abans d’aquest moment, la matèria estava prioritzada en un estat anomenat plasma en equilibri tèrmic amb la radiació, de manera que els protons i els electrons xocaven contínuament amb els fotons, que eren molt energètics.

L'Univers Esdevé Transparent

L’univers era opac: els fotons es trobaven confinats en aquesta sopa primordial i no podien desplaçar-se lliurement. Com a conseqüència de l’expansió de l’univers, la seva densitat i temperatura han disminuït prou perquè els protons puguin detectar els electrons, formant àtoms estables i permetent que els fotons puguin viatjar lliurement.

L’univers esdevé transparent, i és aquesta radiació alliberada la que constitueix el fons còsmic de microones.