Los científicos descubren por fin qué ocurre realmente cuando se divide un átomo
El término «átomo», derivado de «indivisible» en latín, puede inducir a error. Una reciente simulación realizada por físicos teóricos estadounidenses ha proporcionado una visión microscópica detallada de cómo un átomo se divide en dos, arrojando luz sobre un acontecimiento energético que ha tenido un impacto significativo en la ciencia y la tecnología
En 1938, los físicos Otto Hahn, Lise Meitner y Fritz Strassmann demostraron que los núcleos de uranio podían dividirse al ser bombardeados con neutrones, poniendo de manifiesto la inexactitud del término «indivisible». A pesar de sus aplicaciones en la guerra, la energía, la medicina y la investigación, la fisión nuclear sigue siendo compleja y enigmática.
El núcleo de un átomo pesado no es una simple colección de protones y neutrones; es un reino caótico de actividad cuántica. Entender cómo se comportan e interactúan estos nucleones es especialmente difícil durante la fisión.
Para simplificar este proceso, investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos y de la Universidad de Washington esbozan cuatro pasos clave de la fisión:
En los 10^-14 segundos iniciales, un neutrón de movimiento lento hace que el núcleo se abombe y adopte una forma de silla de montar, parecida a una pequeña cáscara de cacahuete.
A continuación, en una fase rápida conocida como de silla de montar a escisión, que dura unos 5×10^-21 segundos, comienzan a formarse los fragmentos del proceso de fisión.
A continuación se produce la escisión, en la que el núcleo se rompe en aproximadamente 10^-22 segundos.
Finalmente, en unos 10^-18 segundos, los fragmentos de fisión se estabilizan y se alejan acelerando, liberando neutrones, rayos gamma y, posiblemente, desencadenando otros procesos de desintegración.
Desafíos en las teorías del movimiento y las interacciones de las partículas subatómicas
Aunque varias teorías intentan explicar el movimiento de las partículas subatómicas a lo largo de este proceso, los resultados experimentales a menudo desafían los supuestos físicos existentes o complican el modelado «microscópico» de las interacciones entre protones y neutrones.
Utilizando un marco desarrollado por el físico de la UW Aurel Bulgac, una nueva simulación cuántica de muchos cuerpos proporciona la descripción más exacta de la escisión, el momento en que se separa un núcleo atómico. Esta investigación incluyó cálculos exhaustivos sobre uranio-238, plutonio-240 y californio-252, utilizando el superordenador del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Bulgac afirma: «Ésta es probablemente la descripción teórica más precisa de la rotura del cuello, lograda sin suposiciones ni simplificaciones». A diferencia de las teorías anteriores, que se basaban en escenarios hipotéticos, este estudio aplica ecuaciones bien establecidas de la física nuclear y la mecánica cuántica.
La simulación revela nuevos patrones en el proceso de fisión
Sorprendentemente, la simulación reveló datos inesperados sobre el proceso de fisión. Mientras que algunos modelos sugerían la aleatoriedad durante la ruptura del cuello, los hallazgos del equipo indicaron una «arruga» distintiva en la densidad de partículas subatómicas que precede a la escisión. Además, la simulación demostró que el cuello del protón completa su rotura antes que el cuello del neutrón.
Es importante destacar que el estudio confirmó los debates sobre la liberación de neutrones de alta energía durante la escisión, prediciendo su energía, distribución angular y direcciones de escape. Bulgac señala: «La mayoría de los experimentos buscan estos neutrones basándose en el movimiento de los fragmentos de fisión, pero a menudo no pueden distinguir los neutrones de escisión de los neutrones térmicos emitidos por los fragmentos calientes».
Una vez establecidas estas predicciones, el siguiente paso es realizar experimentos para validar estos hallazgos sobre cómo se divide el átomo «indivisible». Esta investigación se ha publicado en Physical Review Letters.
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