On the Nuclear Mechanisms...

Impossibile non aprire un post dedicato al paper recentemente pubblicato su arXiv da Andrea Rossi e Norman D. Cook (docente con interessi poliedrici presso il Dipartimento di Informatica della Kansai University di Osaka):

On the Nuclear Mechanisms Underlying 

the Heat Productionby the “E-Cat”

Abstract. We discuss the isotopic abundances found in the E-Cat reactor with regard to the nuclear mechanisms responsible for “excess” heat. We argue that a major source of energy is a reaction between the first excited-state of 7 Li4 and a proton, followed by the breakdown of 8 Be4 into two alphas with high kinetic energy, but without gamma radiation. The unusual property of the 7 Li4 isotope that allows this reaction is similar to the property that underlies the Mössbauer effect: the presence of unusually low-lying excited states in stable, odd-Z and/or odd-N nuclei. We use the lattice version of the independent-particle model (IPM) of nuclear theory to show how the geometrical structure of isotopes indicate nuclear reactions that are not predicted in the conventional version of the IPM. Finally, we speculate on similar mechanisms that may be involved in other low-energy nuclear reactions (LENR). 

Come ho già avuto modo di scrivere tra i commenti del blog, sapevo da una decina di giorni di questo documento in arrivo, ma non mi è sembrato opportuno parlarne in anticipo, anche perché i miei "consulenti scientifici" non condividono tutto l'entusiasmo con cui Rossi lo ha proposto. Si tratta probabimente dell'ennesima ipotesi teorica (ne abbiamo già viste tante!) destinata a dimostrarsi inadatta-insufficiente a spiegare i fenomeni LENR.

Ciò detto, qualcosa di buono in realtà nel paper sembra esserci, anche se il meccanismo alla base delle LERN potrebbe essere più complesso di quello prospettato da Rossi e Cook.

Prendo nel contempo atto - e non vado off topic - che Wikipedia ultimamente tratta con un po' più di attenzione il tema della fusione fredda, un tempo ivi descritta né più né meno come una frode. Ora qualche dubbio tra i più serpeggia...

La fusione nucleare fredda (anche fusione fredda o a freddo), è un nome generico attribuito a presunte reazioni di natura nucleare, che si produrrebbero a pressioni e a temperature molto minori di quelle necessarie per ottenere la fusione nucleare "calda", per la quale sono invece necessarie temperature dell'ordine del milione di kelvin e densità del plasma molto elevate. Fino ad oggi, l'esistenza stessa di questi fenomeni non è stata dimostrata in modo definitivo, anzi l'opinione prevalente nella comunità scientifica è che tutte le evidenze proposte siano effetto di errori di misurazione o di fenomeni non nucleari. Alcuni ricercatori che tuttora svolgono ricerche in questo campo preferiscono usare il termine trasmutazione LENR in luogo di "fusione fredda". 

Il termine "fusione fredda" divenne molto popolare nel 1989 a seguito dei primi esperimenti di Martin Fleischmann e Stanley Pons dell'Università di Salt Lake City nello Utah. Diversi laboratori ripeterono gli stessi esperimenti, ma senza ottenere conferme del fenomeno. Sulla possibilità di fusione a bassa energia furono pubblicati anche studi teorici, tra i quali quelli di Giuliano Preparata, docente di Fisica Nucleare all'Università di Milano. Tra i tentativi più recenti, nel maggio 2008 Yoshiaki Arata, uno dei padri della fusione nucleare calda nipponica, insieme alla collega Yue-Chang Zhang, ha mostrato pubblicamente ad Osaka un reattore funzionante con pochi grammi di palladio, ma anche in questo caso l'esperimento non è più stato ripetuto e i risultati non sono stati pubblicati in un lavoro scientifico. 

La stessa possibilità teorica di reazioni di fusione nucleare fredda è controversa. Secondo i sostenitori delle teorie che permetterebbero tale fenomeno, analogamente ad ogni fenomeno di fusione nucleare, anche per ottenere la fusione nucleare fredda è necessario avvicinare i nuclei atomici di deuterio e trizio a distanze tali da vincere la reciproca forza coulombiana di repulsione dei nuclei carichi positivamente. Tuttavia, diversamente dalle reazioni di fusione termonucleare "calda", essi affermano che si può raggiungere lo stesso risultato spendendo molta meno energia, grazie allo sfruttamento di una poco chiarita azione da parte di un catalizzatore, quale ad esempio il palladio.

Post scriptum. Riporto il commento lasciato da Hermano Tobia poche ore dopo la pubblicazione del presente post:

Leggendo alcuni abstract che verranno presentati al prossimo ICCF, il modello di Rossi e Cook non sembra essere molto in linea con alcune ipotesi che stanno emergendo, ad esempio:

• 18 El-Boher - Search for low-energy x-ray and particle emissions from an electrochemical cell

• 35 KlimovHigh - Energetic Nano-Cluster Plasmoid and its Soft X-radiation

• 40 Meulenberg - Nature of the Deep Dirac Levels

• 43 Paillet - The Basis for Electron Deep Orbits of the Hydrogen Atom

C’è un filo conduttore che lega queste idee, e che provo a riassumere, da dilettante e senza nessuna pretesa di rigore scientifico, ma al solo scopo di stimolare la discussione.

A) Deep Dirac Level

• Le LENR sarebbero un fenomeno essenzialmente NON nucleare ma che coinvolge gli orbitali degli atomi, in particolar modo quello di H e dei suoi isotopi.

• L’unico "miracolo" ipotizzato è l’esistenza di uno stato “sub-ground” dell’atomo di H in cui l’elettrone è molto vicino al nucleo. 

• Tale configurazione è stata chiamata con diversi nomi (deep dirac level, mini-atomo, ultra-densa, ecc) ed è stata ipotizzata molti anni fa (1) in un controverso articolo da V’avra et al, partendo direttamente dall’equazione di Shroedinger.

• Probabilmente un riscontro sperimentale di tale stato si è avuto con Holmid ed il suo deuterio "ultra denso" (2).

• Il passaggio degli elettroni da un livello energetico esterno ad uno più interno (deep) genera emissione energia sotto forma di radiazione X (forse in questo caso anche UV); questa potrebbe essere la fonte dell’energia termica in eccesso .

B) Effetti nucleari

• Gli effetti nucleari che talvolta si rilevano sono soltanto dei "fenomeni collaterali" dovuti alla ridotta dimensione dell’atomo DDL e che non hanno legami con l’energia in eccesso.

• Gli atomi DDL infatto presentano una barriera coulombiana molto ridotta e questo ne favorisce l’interazione nucleare (ad esempio fusione).

• Holmid infatti sfrutta il suo idrogeno ultra-denso per cercare di "catalizzare" la fusione calda indotta da laser (3).

C) Il ruolo dei nanomateriali

• Un articolo fondamentale dell’elettrodinamica stocastica di H. Puthoff (4) ipotizza che i livelli degli orbitali atomici siano determinati dall’interazione degli elettroni con le fluttuazioni del vuoto quantistico (QVF).

• A scanso di polemiche, il premio Nobel per la fisica nel 1955 è stato dato a Wills Lamb per la scoperta del cosiddetto "Lamb Shift", ovvero l’alterazione dei livelli energetici dell’atomo di idrogeno a causa dell’interazione con il QVF (5).

• È noto che cavità di dimensioni nanometriche alterano il QVF (dando luogo all’effetto Casimir, ad esempio) e quindi potenzialmente possono modificare la struttura dei livelli energetici degli elettroni (6) dando luogo a varie anomalie .

• Puthoff ad esempio ipotizza che facendo dissociare l’H2 dentro una cavità nanometrica e facendolo ricombinare fuori, si abbia un guadagno netto di energia (7).

D) Altre "anomalie"

• Secondo alcuni queste ipotesi potrebbero contribuire a spiegare l’origine della materia oscura (8).

• È possibile che si tratti dello stesso fenomeno alla base della cosiddetta epicatalisi (9).

• Secondo ricercatori della NASA il QVF ha un ruolo determinante nella propulsione non newtoniana (10).

1. http://www.fulviofrisone.com/attachments/article/359/Electron%20Transitions%20on%20Deep%20Dirac%20Levels%20II.pdf
2. http://www2.chem.gu.se/~holmlid/
3. http://newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/2009/05/13/the-hope-in-ultra-dense-deuterium/
4. http://www.calphysics.org/articles/puthoff_Hyd87.pdf
5. http://en.wikipedia.org/wiki/Lamb_shift
6. https://estudogeral.sib.uc.pt/bitstream/10316/28082/1/ZPF_extraction_last.pdf
7. http://earthtech.org/ground-states-and-the-zero-point-field/
8. http://chavascience.com/index.php/en/news/articles/list-of-articles/3-new-spectral-lines
9. http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.88.032125
10. http://nextbigfuture.com/2015/02/more-emdrive-experiment-information.html