Cómo los fragmentos del núcleo se ponen de acuerdo para girar exprés
El pesado núcleo atómico de californio-252 puede desintegrarse espontáneamente en dos fragmentos grandes, algo parecido a una gota de agua que revienta. Pero dentro de esa gota actúan las leyes cuánticas, y cada fragmento adquiere su propia rotación: el espín. Los físicos sospechaban desde hace tiempo que los espines de los fragmentos no son aleatorios, sino que están vinculados entre sí, como parejas de baile que deben moverse en sincronía.
En el nuevo estudio, los científicos calcularon cómo la forma del núcleo en el momento de la ruptura afecta a este baile. Si el núcleo permanece simétrico, como una pelota de rugby perfecta, los espines de los fragmentos están fuertemente correlacionados: a lo largo del eje de fisión giran en direcciones opuestas, como dos ruedas engranadas, y transversalmente pueden doblarse o retorcerse con igual probabilidad. Pero si el núcleo pierde simetría, por ejemplo, se aplana ligeramente por un lado, las reglas cambian. A lo largo del eje de separación, la correlación entre los espines se debilita, pero aparecen nuevos tipos de rotación colectiva antes prohibidos.
Para medir el grado de correlación, los autores aplicaron el análisis de información mutua, un método que permite evaluar cuánto reduce el conocimiento del espín de un fragmento la incertidumbre del espín del otro. Resultó que las correlaciones perpendiculares al eje de fisión son sorprendentemente resistentes a las violaciones de simetría, mientras que a lo largo del eje desaparecen rápidamente. Esto abre el camino para entender cómo se manifiesta el entrelazamiento cuántico en uno de los procesos más energéticos de la naturaleza.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2605.24466
Nuclear time-dependent density functional theory is used to investigate spin generation and entanglement of fission fragments in spontaneous fission of $$^{252}$$Cf, incorporating both axial and non-axial deformations. Axially symmetric fission trajectories enforce strict constraints: counter rotation (twisting mode) along the fission axis and equiprobable bending/wriggling modes perpendicular to it. Non-axial modes broaden the distributions of fission fragment spin projection on the fission axis, and allow for axial (tilting) collective rotations, which are forbidden on axially symmetric trajectories. Mutual information analysis reveals that axial-symmetry breaking reduces spin-spin correlations along the fission axis of symmetric cases, while perpendicular correlations remain more resilient. The effect of triaxial degrees of freedom on the opening angle distribution between the spins of the fission fragments is analyzed.
El espín de un fragmento de fisión puede alcanzar valores enormes: hasta 10-12 unidades de la constante de Planck. Para comparar, el espín del electrón siempre es 1/2, y el del protón también es 1/2. Es decir, un fragmento nuclear puede girar decenas de veces más intensamente que las partículas elementales.
En la novela «Anatema» de Neal Stephenson, una civilización extraterrestre utiliza el entrelazamiento cuántico de fragmentos nucleares para comunicarse instantáneamente a través del cosmos, casi como las correlaciones de espín descritas aquí.