科学家们刚刚揭示了当一个原子分裂成两半时会发生什么

原子这个词来自这里拉丁语中不可分割的意思.但不要被这个名字骗了。

美国理论物理学家的一项模拟首次提供了原子一分为二的完全微观特征，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 Otto Hahn、Lise Meitner 和 Fritz Strassmann 展示了铀原子核在用中子拍摄时如何一分为二时，我们发现了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，核裂变迟迟不肯透露自己的秘密。

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一个量子活动的狂野风暴.

了解如何操作单个核子的行为并且彼此之间的相互作用对于安静地坐在孤独旁边的原子来说已经足够具有挑战性了，更不用说那些正在经历重大转变的原子了。

为了使其更易于理解，来自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裂变过程分为四个步骤。

在前 10 个^-14秒（或多或少），缓慢移动的中子的引入迫使原子核膨胀并重新排列在所谓的马鞍点上，使原子看起来有点像一个小花生壳。

紧随其后的是更快速的转变，称为马鞍到断裂，裂变过程的片段在这里建立。这持续大约 5×10^-21秒。

第三步再次更快，相对眨眼 10 次转换^-22秒。在所谓的断裂或颈部破裂中，核正式破裂。

在最后一步中，需要一个懒惰的 10^-18几秒钟后，裂变碎片将自身拉成形状并加速消失，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流行粒子的精确迁移，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”建模相冲突。

基于主要作者威斯康星大学物理学家 Aurel Bulgac 开发的框架，量子多体模拟是迄今为止最准确地描述了在断裂的那一刻会发生什么，当连接大型原子核两半的桥挤压和分离时。

在不同起始条件下对铀 238、钚 240 和锎 252 的计算要求美国能源部橡树岭国家实验室的超级计算机得到广泛使用。

“这可能是对颈部破裂最精确、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，直到现在还不存在。以前的理论总是基于，'让我们假设这正在发生，如果它正在发生，那么它可能会被看到。我们没有那样做。我们只需将核物理学中几十年来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。一些模型预测了颈部破裂过程中的量子随机性会大量出现，而该团队的模型则确定了在断裂点出现之前亚原子粒子密度的明显“皱纹”。

两种类型的核子之间的分裂时间也存在明显差异，质子颈在中子颈之前完成断裂。

至关重要的是，该模拟证实了在剪刀阶段释放高能中子的争议性提议，该模型甚至预测了它们的能量、角度分布，甚至逃逸方向。

“大多数实验都沿着裂变碎片的运动方向寻找它们，他们无法区分那里的剪刀中子，因为它们中的大多数是由热碎片发射的热中子，”Bulgac说.

有了预测，下一步是看看实验是否支持这些关于“不可分割”原子如何一分为二的最新发现。

这项研究发表在物理评论信.

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