Думата атом идва от латински и означава „неделим“. Но не позволявайте на името да ви заблуди.
Симулация, направена от американски физици-теоретици, предоставя първата напълно микроскопична характеристика на момента, в който атомът се разцепва на две, като по този начин разкрива нови идеи за енергийното събитие, което определя нова епоха в науката и технологиите.
През 1938 г. открихме колко погрешно е наименованието на тази малка дума, когато физиците Ото Хан, Лиза Мейтнер и Фриц Страсман показаха как ядрата на урана се разцепват на две при изстрел с неутрони.
Десетилетия по-късно, въпреки използването му във войната, енергетиката, медицината и научните изследвания, ядреното делене малко по малко разкрива своите тайни.
Ядрото на масивния атом, ако оставим настрана опростените модели на протони и неутрони, събрани заедно като дъвки в автомат, представлява дива буря от квантова активност.
Разбирането на поведението на отделните нуклеони и взаимодействието им е достатъчно предизвикателство за атомите, които спокойно си стоят сами, да не говорим за тези, които претърпяват значителни трансформации.
За да улеснят проследяването, физиците теоретици от Националната лаборатория в Лос Аламос и Вашингтонския университет разбиват процеса на делене на четири етапа.
През първите 10-14 секунди (плюс-минус) въвеждането на бавно движещ се неутрон принуждава ядрото да изпъква и да се пренарежда в т.нар. седловидна точка, поради което атомът изглежда малко като малка черупка от фъстък.
Това бързо е последвано от много по-бърза промяна, наречена „от седло към делене“, при която се установяват фрагментите на процеса на делене. Това трае около 5x10-21 секунди.
Третият етап отново е още по-бърз и се трансформира за относително кратко време от 10-22. При т.нар. сцепване ядрото официално се разпада.
В последната стъпка, която отнема 10-18 секунди, фрагментите от деленето придобиват форма и се ускоряват, като освобождават неутрони и гама лъчи и потенциално генерират други процеси на разпад след кратко забавяне.
Повече от една теория описва прецизната миграция на субатомните частици, въпреки че в много случаи експерименталните резултати или противоречат на основните предположения на физиката, или се разминават с „микроскопичното“ моделиране на взаимодействията между отделните протони и неутрони.
Основавайки се на рамка, разработена от водещия автор - физика от Вашингтонския университет Аурел Булгак, квантовата симулация на много тела представлява най-точното досега описание на това, което може да се очаква в самия момент на разпадане, когато мостът, свързващ двете половини на голямо атомно ядро, се притиска и разделя.
Изчисленията на уран-238, плутоний-240 и калифорний-252 при различни начални условия изискват широко използване на суперкомпютъра на Националната лаборатория „Оук Ридж“ към Министерството на енергетиката на САЩ.
„Това е вероятно най-точното и най-внимателно получено теоретично описание на сцепването - без никакви предположения и опростявания“, казва Булгак.
Симулацията разкрива няколко изненади в процеса на делене. Докато някои модели предвиждат щедра доза квантова случайност в процеса на сцепване, този на екипа установява ясна „бръчка“ в плътността на субатомните частици, която предшества появата на точката на разкъсване.
Изключително важно е, че симулацията потвърди спорните предложения за освобождаване на високоенергийни неутрони по време на етапа на разпадане, като моделът стига дотам, че предвижда техните енергии, ъглово разпределение и дори посоки на бягство.
„Повечето експерименти ги търсят по посока на движението на фрагментите при делене, а там не могат да разграничат неутроните при делене, защото повечето от тях са топлинни неутрони, излъчени от горещите фрагменти“, казва Булгак .
След като имаме прогнози, следващата стъпка е да проверим дали експериментите потвърждават тези последни разкрития за това как „неделимият“ атом се разделя на две.
Това изследване е публикувано във Physical Review Letters.
Източник: Science Alert
