科學家們剛剛揭示了當一個原子分裂成兩半時會發生什么

原子這個詞來自這里拉丁語中不可分割的意思.但不要被這個名字騙了。

美國理論物理學家的一項模擬首次提供了原子一分為二的完全微觀特征，揭示了對定義科學技術新時代的高能事件的新見解。

1938 年，當物理學家 Otto Hahn、Lise Meitner 和 Fritz Strassmann 展示了鈾原子核在用中子拍攝時如何一分為二時，我們發現了這個小詞是多么的用詞不當。

幾十年后，盡管它被用于戰爭、電力、醫學和科學研究，核裂變遲遲不肯透露自己的秘密。

除了質子和中子像分配器中的口香糖球一樣聚集在一起的簡單模型之外，大質量原子的原子核是一個量子活動的狂野風暴.

了解如何操作單個核子的行為并且彼此之間的相互作用對于安靜地坐在孤獨旁邊的原子來說已經足夠具有挑戰性了，更不用說那些正在經歷重大轉變的原子了。

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

在前 10 個^-14秒（或多或少），緩慢移動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上，使原子看起來有點像一個小花生殼。

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

第三步再次更快，相對眨眼 10 次轉換^-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，實驗結果要么與物理學的基本假設相矛盾，要么與單個質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物理學家 Aurel Bulgac 開發的框架，量子多體模擬是迄今為止最準確地描述了在斷裂的那一刻會發生什么，當連接大型原子核兩半的橋擠壓和分離時。

在不同起始條件下對鈾 238、钚 240 和锎 252 的計算要求美國能源部橡樹嶺國家實驗室的超級計算機得到廣泛使用。

“這可能是對頸部破裂最精確、最仔細的理論描述，沒有任何假設和簡化，”說布爾加克。

“我們有一個非常具體的預測，直到現在還不存在。以前的理論總是基于，'讓我們假設這正在發生，如果它正在發生，那么它可能會被看到。我們沒有那樣做。我們只需將核物理學中幾十年來已知的高精度運動方程加上量子力學，僅此而已。

模擬揭示了裂變過程中的一些驚喜。一些模型預測了頸部破裂過程中的量子隨機性會大量出現，而該團隊的模型則確定了在斷裂點出現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間也存在明顯差異，質子頸在中子頸之前完成斷裂。

至關重要的是，該模擬證實了在剪刀階段釋放高能中子的爭議性提議，該模型甚至預測了它們的能量、角度分布，甚至逃逸方向。

“大多數實驗都沿著裂變碎片的運動方向尋找它們，他們無法區分那里的剪刀中子，因為它們中的大多數是由熱碎片發射的熱中子，”Bulgac說.

有了預測，下一步是看看實驗是否支持這些關于“不可分割”原子如何一分為二的最新發現。

這項研究發表在物理評論信.

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