原子这个词来自拉丁语,不可分割的意思。但不要让这个名字欺骗了你。
美国理论物理学家的模拟首次对原子一分为二的瞬间进行了完全微观的表征,揭示了对定义科学技术新时代的高能事件的新见解。
1938年当物理学家奥托·哈恩 (Otto Hahn)、莉斯·迈特纳 (Lise Meitner) 和弗里茨·斯特拉斯曼 (Fritz Strassmann) 展示铀原子核在受到中子照射时如何分裂成两半时,我们发现这个小词是多么的用词不当。
几十年后,尽管它被用于战争、电力、医学和科学研究,慢慢地放弃它的秘密。
除了质子和中子像分配器中的口香糖球一样聚集在一起的简单模型之外,大质量原子的原子核是。
了解如何对于安静地孤独地坐着的原子来说,原子之间的相互作用已经足够具有挑战性,更不用说那些正在经历重大转变的原子了。
为了使其更容易理解,洛斯阿拉莫斯国家实验室和华盛顿大学 (UW) 的理论物理学家打破了过程分为四个步骤。
在前10名中-14几秒钟(或多或少),缓慢移动的中子的引入迫使原子核膨胀并在所谓的鞍点处重新排列,使原子看起来有点像一个小花生壳。
紧接着是一个更快速的转变,称为鞍状分裂,裂变过程的碎片在此建立。这持续约 5×10-21秒。
第三步再次更快,相对眨眼 10 秒就发生了转变-22秒。在所谓的断裂或颈部断裂中,细胞核正式分裂。
最后一步,需要懒惰 10-18几秒钟后展开,裂变碎片自行成形并加速离开,释放出中子和伽马射线,并可能在短暂的延迟后产生其他衰变过程。
不止一种理论描述了亚原子粒子从花生到汽水的精确迁移,尽管在许多情况下,实验结果要么与物理学的基本假设相矛盾,要么与单个质子和中子之间相互作用的“微观”模型相冲突。
基于主要作者威斯康辛大学物理学家 Aurel Bulgac 开发的框架,量子多体模拟是迄今为止最准确的描述,准确地描述了在分裂时刻(当连接大原子核的两半的桥梁收缩时)所预期发生的情况。并分开。
对不同起始条件下的铀238、钚240和锎252的计算需要大量使用美国能源部橡树岭国家实验室的超级计算机。
“这可能是对颈部断裂最精确、最仔细的理论描述,没有任何假设和简化。”说布尔加克。
“我们有一个非常具体的预测,但迄今为止还不存在。以前的理论总是基于,‘让我们假设这种情况正在发生,如果它发生了,那么这可能会被看到。’我们没有这样做,我们只是简单地将几十年来在核物理学中已知的高精度运动方程加上量子力学,仅此而已。”
模拟揭示了裂变过程中的一些惊喜。一些模型预测在颈部断裂过程中会出现大量的量子随机性,而该团队的模型在断裂点出现之前发现了亚原子粒子密度中的明显“皱纹”。
两种类型的核子之间的分裂时间也存在明显的区别,质子颈在中子颈之前完成断裂。
至关重要的是,模拟证实了有关在分裂阶段释放高能中子的有争议的提议,该模型甚至可以预测它们的能量、角度分布,甚至逃逸方向。
“大多数实验都是沿着裂变碎片的运动方向寻找它们,但他们无法区分那里的裂变中子,因为它们大多数是热碎片发射的热中子,”布尔加克说。
有了预测,下一步就是看看实验是否支持这些关于“不可分割”原子如何分裂成两部分的最新发现。
这项研究发表于物理评论快报。