Ученые только что раскрыли, что именно происходит, когда атом делится на две части
Слово атом происходит от латинского слова «неделимый». Но не позволяйте названию ввести вас в заблуждение.
Моделирование, проведенное американскими физиками-теоретиками, позволило впервые полностью микроскопически охарактеризовать момент разрыва атома на две части, открыв новое понимание энергетического события, которое стало определяющим новая эра в науке и технологиях.
В 1938 году мы обнаружили, насколько ошибочным является это название крошечное слово — это когда физики Отто Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман показали, как ядра урана разделяются на две части при выстреле нейтронами.
Помимо упрощенных моделей протонов и нейтронов, сгруппированных вместе, как шарики жевательной резинки в дозаторе, ядро массивного атома представляет собой дикую бурю квантовой активности.
Понимание того, как отдельные нуклоны ведут себя и взаимодействуют друг с другом, является достаточно сложной задачей для атомов, спокойно сидящих в одиночестве, не говоря уже о тех, которые претерпевают значительные трансформации. p>
Чтобы было легче понять, физики-теоретики из Лос-Аламосской национальной лаборатории и Вашингтонского университета (UW) ) разбить процесс деления на четыре этапа.
В первых 10-14 суп> секунд (плюс-минус) введение медленно движущегося нейтрона заставляет ядро выпучиваться и перестраиваться в так называемой седловой точке, делая атом немного похожим на крошечную скорлупу арахиса.
За этим быстро следует гораздо более быстрый сдвиг, называемый седловидным разделением, при котором фрагменты деления процесс установлен. Это длится примерно 5×10-21 секунды.
Шаг третий — четный снова быстрее, трансформируясь за относительное мгновение в 10-22 секунд. При так называемом разрыве шейки ядро официально распадается.
На последнем этапе на развертывание которого уходит 10-18 секунд, осколки деления принимают форму и ускоряются, высвобождая нейтроны и гамма-лучи и потенциально порождая другие процессы распада после небольшой задержки.
Более одной теории описывает точную миграцию субатомных частиц из арахиса в хлопья, хотя во многих случаях экспериментальные результаты либо противоречат друг другу. базовые предположения по физике или противоречить «микроскопическому» моделированию взаимодействий между отдельными протонами и нейтронами.
Основываясь на концепции, разработанной ведущим автором, физиком Университета Вашингтона Аурелом Булгаком, квантовое моделирование многих тел является наиболее точным описанием того, чего именно следует ожидать в самый момент разрыва, когда мост, соединяющий две половины большого атомного ядра сжимается и отделяется.
Расчеты по урану-238, плутонию-240 и калифорнию-252 под различные стартовые условия потребовали широкого использования суперкомпьютера Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США.
«Это вероятно, самое точное и наиболее тщательно полученное теоретическое описание разрыва шеи, без каких-либо предположений и упрощений», — говорит Булгач.
«У нас есть очень конкретный прогноз, которого до сих пор не существовало. Предыдущие теории всегда основывались на следующем: «Давайте предположим, что это происходит, и если это происходит, то это, вероятно, будет видно». Мы этого не сделали. Мы просто с высокой точностью подставляем уравнения движения, известные на протяжении многих десятилетий в ядерной физике, плюс квантовую механику, и ничего больше.»
Моделирование выявило несколько сюрпризов в процессе деления. В то время как некоторые модели предсказывали щедрую квантовую случайность в процессе разрыва шейки, модель команды выявила явную «морщину» в плотности субатомных частиц, которая предшествовала появлению точки разрыва.
Существовало также очевидное различие во времени деления между двумя типами нуклонов: протонная шейка завершала разрыв раньше нейтронной шейки.
Важно отметить, что моделирование подтвердило спорные предположения о высвобождении нейтронов высокой энергии на стадии разрыва с модель зашла так далеко, что предсказала их энергии, угловое распределение и даже направления ухода.
«Большинство эксперименты ищут их в направлении движения осколков деления, и они не смогли различить там разрывные нейтроны, потому что большинство из них были тепловыми нейтронами, испускаемыми горячими осколками», — говорит Булгач.
Имея прогнозы, следующим шагом будет проверка того, подтверждают ли эксперименты эти последние открытия о том, как «неделимый» атом разделяется на две части.
Это исследование было опубликовано в Physical Review Letters.
