Физики из университета штата Северная Каролина выяснили, что когда дело касается поддержания жизни, вселенная почти не оставляет шансов на ошибку.

Углерод и кислород выделяются, когда в гигантских красных звездах сгорает гелий. Углерод 12, важный элемент, из которого фактически сделаны все мы, может формироваться лишь тогда, когда три альфа-частицы или ядра гелия-4 совмещаются весьма специфическим способом. Ключ к формированию — возбужденное состояние углерода 12, известное как состояние Хойла, причем углерод в этом случае имеет определенную энергию в объеме 379000 электрон вольт, и это помимо энергии трех альфа-частиц. Кислород производится комбинацией другой альфа-частицы и углерода.

Физик Дин Ли, а также его германские коллеги Евгений Эпельбаум, Герман Кребс, Тимо Лаэде и Ульф Мейсснер ранее подтвердили существование и структуру состояния Хойла с помощью числовой решетки, которая позволила ученым моделировать взаимодействие протонов и нейтронов. Те и другие состоят из элементарных частиц под названием кварки. Масса легкого кварка — один из фундаментальных параметров природы, влияющий на энергию частиц.

В ходе новых вычислений физики выяснили, что лишь незначительное изменение в массе легкого кварка изменит энергию состояния Хойла, что, в свою очередь, повлияет на выработку кислорода и углерода.

«Состояние Хойла для углерода является ключевым», отметил Ли. „Если бы энергия состояния Хойла была равна 479000 электрон вольт или намного выше трех альфа-частиц, объем выделяемого углерода был бы слишком мал для жизни на основе углерода“.

„То же верно и для кислорода“, добавил ученый. „Если бы энергия состояния Хойла была вместо этого в пределах 279000 электрон вольт трех альфа-частиц, углерода было бы много, однако звезды сожгли бы гелий в углерод намного раньше, и, как следствие, не были бы достаточно горячими, чтобы производить достаточно кислорода. В наших решеточных моделях мы установили, что изменение массы легкого кварка на два или три процента привело бы к проблемам с переизбытком углерода или кислорода во вселенной“.

Результаты исследования опубликованы в издании Physical Review Letters.