科學(xué)家們剛剛揭示了當(dāng)一個(gè)原子分裂成兩半時(shí)會(huì)發(fā)生什么

原子這個(gè)詞來自這里拉丁語中不可分割的意思.但不要被這個(gè)名字騙了。

美國(guó)理論物理學(xué)家的一項(xiàng)模擬首次提供了原子一分為二的完全微觀特征，揭示了對(duì)定義科學(xué)技術(shù)新時(shí)代的高能事件的新見解。

1938 年，當(dāng)物理學(xué)家 Otto Hahn、Lise Meitner 和 Fritz Strassmann 展示了鈾原子核在用中子拍攝時(shí)如何一分為二時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)小詞是多么的用詞不當(dāng)。

幾十年后，盡管它被用于戰(zhàn)爭(zhēng)、電力、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究，核裂變遲遲不肯透露自己的秘密。

除了質(zhì)子和中子像分配器中的口香糖球一樣聚集在一起的簡(jiǎn)單模型之外，大質(zhì)量原子的原子核是一個(gè)量子活動(dòng)的狂野風(fēng)暴.

了解如何操作單個(gè)核子的行為并且彼此之間的相互作用對(duì)于安靜地坐在孤獨(dú)旁邊的原子來說已經(jīng)足夠具有挑戰(zhàn)性了，更不用說那些正在經(jīng)歷重大轉(zhuǎn)變的原子了。

為了使其更易于理解，來自洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和華盛頓大學(xué) （UW） 的理論物理學(xué)家打破了裂變過程分為四個(gè)步驟。

在前 10 個(gè)^-14秒（或多或少），緩慢移動(dòng)的中子的引入迫使原子核膨脹并重新排列在所謂的馬鞍點(diǎn)上，使原子看起來有點(diǎn)像一個(gè)小花生殼。

緊隨其后的是更快速的轉(zhuǎn)變，稱為馬鞍到斷裂，裂變過程的片段在這里建立。這持續(xù)大約 5×10^-21秒。

第三步再次更快，相對(duì)眨眼 10 次轉(zhuǎn)換^-22秒。在所謂的斷裂或頸部破裂中，核正式破裂。

在最后一步中，需要一個(gè)懶惰的 10^-18幾秒鐘后，裂變碎片將自身拉成形狀并加速消失，釋放出中子和伽馬射線，并可能在短暫的延遲后產(chǎn)生其他衰變過程。

不止一種理論描述了亞原子粒子從花生到流行粒子的精確遷移，盡管在許多情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果要么與物理學(xué)的基本假設(shè)相矛盾，要么與單個(gè)質(zhì)子和中子之間相互作用的“微觀”建模相沖突。

基于主要作者威斯康星大學(xué)物理學(xué)家 Aurel Bulgac 開發(fā)的框架，量子多體模擬是迄今為止最準(zhǔn)確地描述了在斷裂的那一刻會(huì)發(fā)生什么，當(dāng)連接大型原子核兩半的橋擠壓和分離時(shí)。

在不同起始條件下對(duì)鈾 238、钚 240 和锎 252 的計(jì)算要求美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)得到廣泛使用。

“這可能是對(duì)頸部破裂最精確、最仔細(xì)的理論描述，沒有任何假設(shè)和簡(jiǎn)化，”說布爾加克。

“我們有一個(gè)非常具體的預(yù)測(cè)，直到現(xiàn)在還不存在。以前的理論總是基于，'讓我們假設(shè)這正在發(fā)生，如果它正在發(fā)生，那么它可能會(huì)被看到。我們沒有那樣做。我們只需將核物理學(xué)中幾十年來已知的高精度運(yùn)動(dòng)方程加上量子力學(xué)，僅此而已。

模擬揭示了裂變過程中的一些驚喜。一些模型預(yù)測(cè)了頸部破裂過程中的量子隨機(jī)性會(huì)大量出現(xiàn)，而該團(tuán)隊(duì)的模型則確定了在斷裂點(diǎn)出現(xiàn)之前亞原子粒子密度的明顯“皺紋”。

兩種類型的核子之間的分裂時(shí)間也存在明顯差異，質(zhì)子頸在中子頸之前完成斷裂。

至關(guān)重要的是，該模擬證實(shí)了在剪刀階段釋放高能中子的爭(zhēng)議性提議，該模型甚至預(yù)測(cè)了它們的能量、角度分布，甚至逃逸方向。

“大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都沿著裂變碎片的運(yùn)動(dòng)方向?qū)ふ宜鼈?，他們無法區(qū)分那里的剪刀中子，因?yàn)樗鼈冎械拇蠖鄶?shù)是由熱碎片發(fā)射的熱中子，”Bulgac說.

有了預(yù)測(cè)，下一步是看看實(shí)驗(yàn)是否支持這些關(guān)于“不可分割”原子如何一分為二的最新發(fā)現(xiàn)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在物理評(píng)論信.

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