El hidrógeno y el helio pueden unirse brevemente para formar litio-5, pero este es un nuclido extremadamente inestable que se descompone instantáneamente (con una vida media de ${\sim}4\times 10^{-22}\:\rm s$) y que requiere energía de forma activa para formarse (es decir, es un proceso endotérmico, a diferencia de como normalmente pensamos en la fusión nuclear).
La razón de esto es que el helio-4 es un sistema particularmente estable, y tiene una enorme energía de unión $-$ mucho mayor que cualquier cosa inmediatamente superior en tamaño. En el litio-5, tienes tres protones, que puedes pensar como dos de ellos emparejados y uno solitario en una capa nuclear propia a una energía mucho más alta. Esta energía es tan alta que es más simple para el protón adicional despegarse y convertirse en un núcleo de hidrógeno separado.
Para formar litio estable, necesitas más neutrones para estabilizar el nuclido, por lo que solo el litio-6 y el litio-7 son estables.
Esto plantea la pregunta de si podría ser posible combinar los isotopos adecuados para crearlos, para lo cual los únicos candidatos son \begin{align} \rm ^2H+{}^4He\to{}^6Li, \\ \rm ^3H+{}^4He\to{}^7Li, \\ \rm ^3H+{}^3He\to{}^6Li. \end{align} De estos:
- La primera reacción sí ocurre, y por ejemplo, este paper la llama "captura radiativa de deuterio en partículas alfa". Pero es extremadamente improbable y solo produjo cantidades mínimas de litio-6 (en comparación con la producción de litio-7) en la nucleosíntesis del Big Bang. (Y, además, el deuterio no es estable en los núcleos estelares.)
- La segunda sí ocurre y produce energía. Sin embargo, es poco probable en la nucleosíntesis estelar ya que requiere tritio, que es inestable.
- La tercera reacción también puede ocurrir (estudiada por ejemplo en este paper) pero de nuevo es extremadamente improbable, y requiere tritio, que es inestable.
Por lo que valen, estas reacciones son exotérmicas, liberando 1,5, 2,4 y 934 MeV de energía, respectivamente, por lo que están permitidas para ocurrir por sí mismas sin necesidad de suministrar energía inicial a los reactivos para que se fusionen.
En otras palabras, los isotopos más pesados del hidrógeno tienen una vía abierta para fusionarse con el helio y producir litio. Sin embargo, estas vías están tan suprimidas, debido a los detalles de cuán probables son las reacciones de ocurrir, que son insignificantes en la nucleosíntesis estelar.
Y, finalmente, hay un problema aún mayor, conocido como quema de litio: si simplemente liberas un núcleo de litio (ya sea los isótopos -6 o -7) en el núcleo de una estrella, la estrella tiende a consumirlo directamente:
- El litio-7 puede fusionarse con hidrógeno para formar berilio-8, que rápidamente se divide en dos núcleos de helio-4. Nuevamente, esto es una consecuencia de la extrema estabilidad de las partículas alfa en comparación con cualquiera de sus vecinos en la tabla de nuclidos.
- El litio-6 puede fusionarse con hidrógeno para formar berilio-7, que se desintegra mediante captura electrónica a litio-7. El litio-7 resultante terminará capturando otro protón, como se mencionó anteriormente.
El resultado neto de este mecanismo es que las estrellas desarrolladas tienen menos litio que la sopa primordial con la que empezaron.
