Comment les fragments du noyau s'accordent sur la rotation express
Le noyau atomique lourd du californium-252 peut se briser spontanément en deux gros fragments — cela ressemble à une goutte d'eau qui éclate. Mais à l'intérieur d'une telle goutte, les lois quantiques agissent, et chaque fragment reçoit sa propre rotation — le spin. Les physiciens soupçonnaient depuis longtemps que les spins des fragments ne sont pas aléatoires, mais liés entre eux, comme des partenaires de danse qui doivent se mouvoir de manière coordonnée.
Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont calculé comment la forme du noyau au moment de la rupture influence cette danse. Si le noyau reste symétrique, comme un ballon de rugby parfait, les spins des fragments sont fortement corrélés : le long de l'axe de fission, ils tournent dans des directions opposées, telles deux roues engrenées, et perpendiculairement, ils peuvent se plier ou se tordre avec une probabilité égale. Mais si le noyau perd sa symétrie — par exemple, en devenant légèrement aplati d'un côté — les règles changent. Le long de l'axe de séparation, la corrélation entre les spins s'affaiblit, mais de nouveaux types de rotation collective, auparavant interdits, apparaissent.
Pour mesurer le degré de corrélation, les auteurs ont utilisé l'analyse de l'information mutuelle — une méthode qui permet d'évaluer à quel point la connaissance du spin d'un fragment réduit l'incertitude sur le spin de l'autre. Il s'est avéré que les corrélations perpendiculaires à l'axe de fission sont étonnamment robustes face aux brisures de symétrie, tandis que le long de l'axe, elles s'estompent rapidement. Cela ouvre la voie à la compréhension de la manière dont l'intrication quantique se manifeste dans l'un des processus les plus énergétiques de la nature.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais 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.
Le spin d'un fragment de fission peut atteindre des valeurs énormes — jusqu'à 10-12 unités de la constante de Planck. Pour comparaison, le spin de l'électron est toujours égal à 1/2, et celui du proton est également 1/2. Autrement dit, un fragment de noyau peut tourner des dizaines de fois plus intensément que les particules élémentaires.
Dans le roman « Anatham » de Neal Stephenson, une civilisation extraterrestre utilise l'intrication quantique de fragments nucléaires pour une communication instantanée à travers le cosmos — presque comme les corrélations de spins décrites ici.