¿Te has preguntado qué pasa cuando un átomo se divide en dos? Esta pregunta es clave en la fisión nuclear, un proceso que genera una enorme cantidad de energía y que ha cambiado el mundo en varios aspectos, como la energía, medicina e incluso la tecnología militar. A pesar de su clara importancia (como seguramente has estudiado en los libros de historia), en realidad el proceso completo de cómo un átomo se rompe sigue siendo un misterio, pero algunas simulaciones recientes están ayudando a aclararlo paso a paso y aquí te lo explico.
Primero, para comprender la fisión, es necesario retroceder a 1938, año en que los científicos Otto Hahn, Lise Meitner y otros descubrieron algo sorprendente, los átomos de uranio pueden dividirse al ser golpeados por neutrones. Se dieron cuenta de que esta división libera energía, lo que puso en duda la idea de que los átomos son «indivisibles». Esto marcó el inicio de una era de investigación y avances, pero aún hoy, los científicos buscan entender con precisión lo que sucede en el instante exacto en que el átomo se rompe.
También entendamos cómo ocurre la fisión nuclear. Según indica Physical Review Letters, la fisión nuclear no es un simple evento. De hecho, ocurre en varias etapas y en fracciones de segundo tan cortas que son difíciles de expresar. Todo empieza cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo pesado, como el uranio. Esto desestabiliza el núcleo, haciendo que empiece a deformarse, como si se expandiera en una forma alargada parecida a un maní. Este primer paso, aunque parece simple, toma solo una billonésima parte de un segundo
Después, ocurre una transformación aún más rápida, donde el núcleo se estira hasta que llega a su punto de ruptura. En una fracción de femtosegundo, en este punto el núcleo ya no puede sostenerse unido, y empieza a dividirse en dos fragmentos. Es como si el núcleo se partiera desde el centro, y en este punto, la fisión es inevitable.
¿Entonces qué sucedecuando un átomo se divide en dos?
Cuando el núcleo finalmente se rompe, estos fragmentos comienzan a separarse, y aquí es cuando la magia (o más bien la física) sucede. Durante esta separación, se liberan neutrones y rayos gamma, y cada fragmento se aleja con energía. Esta energía es la base de la energía nuclear, y el proceso completo ocurre tan rápido que la mente apenas puede asimilarlo.
Gracias a las simulaciones cuánticas, los científicos han descubierto algo sorprendente al darse cuenta de que el proceso no es tan aleatorio como se pensaba. En lugar de una ruptura desordenada, el núcleo sigue un patrón de deformación más específico, en el que forma una especie de “arruga” en la densidad de partículas justo antes de dividirse. También han encontrado que los protones, es decir, las partículas con carga positiva tienden a separarse antes que los neutrones (que no tienen carga). Este detalle, aunque parece pequeño, es importante para entender mejor cómo sucede la fisión y cómo se puede controlar.
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Científicos de la Universidad de Washington y del Laboratorio Nacional de Los Álamos utilizaron la supercomputadora Summit para realizar la primera simulación cuántica de la fisión nuclear, enfocándose en la «ruptura del cuello» del núcleo. Esta simulación mostró, en una serie temporal, las densidades de neutrones y protones en escala logarítmica durante el proceso de fisión.
Puedes notarlo en la siguiente imagen, las columnas a la izquierda y derecha representan estas densidades, mientras que una barra de color relaciona cada tono con el logaritmo decimal de la densidad numérica.
¿Por qué es importante entender mejor la fisión nuclear?
La fisión nuclear es una herramienta poderosa. Por ejemplo, en el campo de la energía nos permite producir electricidad de manera eficiente y sin emisiones de gases de efecto invernadero. Por otro lado, en medicina, ayuda en tratamientos de radioterapia para combatir el cáncer. Pero también tiene un lado oscuro que ha tenido consecuencias a lo largo de la historia contemporánea. Es por esa razón que comprender cada detalle de la fisión es importante para utilizar esta tecnología de manera segura y responsable.
Entonces, ¿qué sigue? Ahora que los científicos entienden mejor cómo y cuándo se libera la energía en la fisión, pueden diseñar experimentos para confirmar estos hechos y perfeccionar el control del proceso.