La palabra átomo proviene de latín para indivisible. Pero no dejes que el nombre te engañe.
Una simulación realizada por físicos teóricos estadounidenses ha proporcionado la primera caracterización completamente microscópica del momento en que un átomo se parte en dos, revelando nuevos conocimientos sobre un evento energético que llegó a definir una nueva era en la ciencia y la tecnología.
En 1938descubrimos cuán inapropiado es ese nombre cuando los físicos Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann demostraron cómo los núcleos de uranio se dividían en dos cuando se les disparaba con neutrones.
Décadas más tarde, a pesar de su utilización en la guerra, el poder, la medicina y la investigación científica, fisión nuclear tarda en revelar sus secretos.
Más allá de los modelos simplistas de protones y neutrones agrupados como chicles en un dispensador, el núcleo de un átomo masivo es un Tempestad salvaje de actividad cuántica..
Entendiendo cómo Los nucleones individuales se comportan. e interactuar entre sí es un desafío suficiente para los átomos que se sientan tranquilamente solos, y mucho menos para aquellos que están experimentando transformaciones significativas.
Para que sea un poco más fácil de seguir, los físicos teóricos del Laboratorio Nacional de Los Álamos y la Universidad de Washington (UW) rompen el fisión proceso en cuatro pasos.
En los primeros 10-14 Segundos (más o menos), la introducción de un neutrón de movimiento lento obliga al núcleo a abultarse y reorganizarse en lo que se describe como un punto de silla, haciendo que el átomo se parezca un poco a una pequeña cáscara de maní.
A esto le sigue rápidamente un cambio mucho más rápido, conocido como silla de montar a escisión, donde se establecen los fragmentos del proceso de fisión. Esto dura alrededor de 5×10-21 artículos de segunda clase.
El paso tres vuelve a ser aún más rápido y se transforma en un parpadeo relativo de 10-22 artículos de segunda clase. En lo que se llama escisión o ruptura del cuello, el núcleo se rompe oficialmente.
En el paso final, que requiere un perezoso 10-18 Segundos en desplegarse, los fragmentos de fisión toman forma y se aceleran, liberando neutrones y rayos gamma y potencialmente generando otros procesos de desintegración después de un breve retraso.
Más de una teoría describe la migración precisa de partículas subatómicas del maní al pop, aunque en muchos casos los resultados experimentales contradicen supuestos básicos de la física o entran en conflicto con el modelado “microscópico” de las interacciones entre protones y neutrones individuales.
Basada en un marco desarrollado por el autor principal, el físico de la Universidad de Washington, Aurel Bulgac, la simulación cuántica de muchos cuerpos es la representación más precisa hasta ahora de exactamente qué esperar en el momento mismo de la escisión, cuando el puente que une las dos mitades de un gran núcleo atómico se pellizca. adentro y separa.
Los cálculos sobre uranio-238, plutonio-240 y californio-252 en diferentes condiciones iniciales requirieron un uso extensivo de la supercomputadora del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de Estados Unidos.
“Esta es probablemente la descripción teórica más precisa y cuidadosamente obtenida de la rotura del cuello, sin suposiciones ni simplificaciones”, dice Bulgac.
“Tenemos una predicción muy específica, que hasta ahora no existía. Las teorías anteriores siempre se basaban en: ‘Supongamos que esto está sucediendo, y si está sucediendo, entonces probablemente se verá’. No hicimos eso, simplemente introdujimos las ecuaciones de movimientos conocidas durante muchas décadas en la física nuclear con alta precisión, además de la mecánica cuántica, nada más”.
La simulación reveló algunas sorpresas en el proceso de fisión. Mientras que algunos modelos habían predicho una generosa capa de aleatoriedad cuántica en el proceso de ruptura del cuello, el modelo del equipo identificó una clara “arruga” en la densidad de las partículas subatómicas que precedió a la aparición del punto de escisión.
También hubo una distinción aparente en el momento de la división entre los dos tipos de nucleones, con el cuello del protón completando su ruptura antes que el cuello del neutrón.
Fundamentalmente, la simulación confirmó propuestas polémicas sobre una liberación de neutrones altamente energéticos durante la etapa de escisión, y el modelo llegó incluso a predecir sus energías, distribución angular e incluso direcciones de escape.
“La mayoría de los experimentos los buscan en la dirección del movimiento de los fragmentos de fisión, y no pudieron distinguir los neutrones de escisión allí porque la mayoría eran neutrones térmicos emitidos por los fragmentos calientes”, Bulgac dice.
Con las predicciones en la mano, el siguiente paso es ver si la experimentación respalda estas últimas revelaciones sobre cómo el átomo “indivisible” se divide en dos.
Esta investigación fue publicada en Cartas de revisión física.