Energia nucleare in un reticolo atomico – Ordine di causalità

Julian Schwinger, Premio Nobel per la Fisica 1965.

Pubblico tradotto in italiano, un brevissimo articolo (quasi l'abstract di un precedente articolo scientifico) scritto nel 1991 dal Nobel Julian Schwinger (1918-1994).  Questo geniale fisico condensa in poche righe un paio di brillanti ipotesi in grado di spiegare:

• come potrebbero avvenire spontaneamente fenomini di fusione (fredda) in reticoli di palladio caricati con idrogeno (e suoi isotopi);
• come ciò potrebbe non necessariamente comportare rilascio di raggi gamma nell'ambiente. 

Ipotesi che hanno sicuramente ispirato il lavoro di un altro brillante fisico, italiano, che condivideva con Schwinger il nome di battesimo, parlo ovviamente di Giuliano Preparata (1942-2000).

Prog. Theor. Phys. Vol. 85, No. 4, April 1991, Progress Letters

Energia nucleare in un reticolo atomico

– Ordine di causalità –

Julian SCHWINGER

Department of Physics, University of California, Los Angeles, CA 90024

(ricevuto il 28 Gennaio 1991)

La ridottissima probabilità di superare la barriera coulombiana è un argomento comunemente utilizzato per negare la possibilità di reazioni di fusione nucleare a bassa energia (fusione fredda). Presenteremo di seguito alcune ipotesi sull'esistenza di meccanismi che potrebbero inficiare tale deduzione.

L'idea che possano aver luogo reazioni nucleari tra isotopi di idrogeno vicini tra loro e confinati all'interno di un reticolo di palladio viene generalmente esclusa in quanto ritenuta non compatibile con le leggi fisiche note. Questa convinzione si basa in gran parte sulla stima convenzionale di una probabilità estremamente piccola di superare la barriera coulombiana utilizzando energie con valori tipici dell'atomo [eV]. È implicita in questa logica l'esistenza di una correlazione, a prima vista evidente, tra il superamento della barriera coulombiana e il rilascio nell'ambiente di energie con valori tipici del nucleo [MeV]. È difficile mettere in discussione questa logica quando le reazioni avvengono nel vuoto. Ma possiamo ritenerla necessariamente valida anche in un ambiente costituito da un reticolo di ioni?

Come idea base per una risposta, cito una considerazione tratta da un lavoro scientifico presentato al Yoshio Nishina Centennial Symposium:[1]

"...il caricamento del deuterio nel reticolo del palladio non è uniforme. Sono presenti fluttuazioni della densità. Può accadere che una regione microscopicamente grande – benché macroscopicamente piccola – raggiunga uno stato di coerenza nel reticolo in grado di assorbire collettivamente l’energia nucleare in eccesso rilasciata da singoli fenomeni di fusione".

Sembrerebbe trattarsi di un normale meccanismo di causa effetto. Ma è possibile anche ipotizzare un meccanismo diverso in cui l'ordine causale viene invertito. Per quale motivo? Perché, a differenza del vuoto, il reticolo è un sistema dinamico, in grado di accumulare e scambiare energia.

Nel nuovo meccanismo la fase iniziale potrebbe essere descritta come una fluttuazione di energia all'interno di una zona uniforme del reticolo, che assorbe energia nucleare da una coppia pd (prozio-deuterio) o dd (deuterio-deuterio) e la trasferisca al resto del reticolo, lasciando la coppia di origine in uno stato virtuale di energia negativa. Questa caratterizzazione generica può essere resa più chiaro esprimendosi in termini di “fononi”. Le non-linearità associate a trasferimenti rilevanti di energia costituiscono una fonte di numerosi fononi di bassa energia in regime lineare. Una intensa emissione di fononi è quindi virtualmente in grado di assorbire l'energia da una coppia di particelle interagenti.

Come stato finale del nuovo meccanismo, si consideri l'esempio della coppia pd per cui esiste un legame stabile: l'³He. Se l'energia dello stato virtuale della coppia è sufficientemente vicina a quella dell'³He, si verifica una situazione di risonanza che porta ad un aumento della probabilità della reazione piuttosto che alla sua soppressione a causa della barriera coulombiana.

Sembrerebbero esistere due meccanismi caratterizzati da una scambio tra causa effetto. Ma non potrebbe trattarsi di esempi estremi di meccanismi che, in generale, non possiedono uno specifico ordinamento causale?:[1]

"...si ha a che fare, in sostanza, con una singola funzione d'onda che non permette una tale scomposizione."

Non è mia intenzione – né sono qualificato a farlo – affermare che le prove presentate a sostegno della cosiddetta fusione fredda siano solide. Piuttosto è mia intenzione far notare che l'argomento principale che ha portato a una sprezzante negazione della sua esistenza potrebbe essere basato su premesse false. In questo settore è necessario un lavoro di ricerca, non dogmi.

[1] J. Schwinger, Cold Fusion -Does It Have a Future? in Evolutional Trends of Physical Science (Springer,Verlag, 1991).

Testo originale in inglese: http://ptp.oxfordjournals.org/content/85/4/711.full.pdf