Es una pregunta muy tonta, pero una vez leí que la fusión era posible cuando la función de onda que describe la posición de una partícula se superpone con la función de onda de otra partícula, pero creo que no lo entiendo completamente. ¿Significa esto que esas partículas tienen la misma posición probable? ¿Tienen la misma posición? (No creo que tengan la misma posición debido al principio de exclusión de Pauli, pero no sé mucho sobre esto).
Supongo que no ha tenido una exposición matemática rigurosa a la mecánica cuántica. Avíseme si lo hace, y puedo indicarle material más específico.
Es difícil decir qué fue exactamente lo que leíste, pero aquí está mi conjetura.
Existe una repulsión de Coulomb entre dos protones cuya magnitud es: dónde es la distancia entre los dos protones. Esto implica que la repulsión se vuelve extremadamente fuerte a medida que los dos protones se acercan. Puede pensar en esto efectivamente como una "barrera" que los protones no pueden penetrar fácilmente. Ese es el lado electrostático de la historia.
Lo que realmente causa la fusión nuclear es la interacción nuclear fuerte, que es un tipo de fuerza fundamental con un rango efectivo extremadamente corto. Es decir, para que dos protones comiencen la fusión nuclear, tendrán que acercarse mucho el uno al otro.
Entonces, la repulsión electrostática dificulta la fusión. Si los dos protones se acercaran lo suficiente como para que la interacción fuerte desencadene la fusión, necesitarán una energía cinética inicial "ridícula". De lo contrario, serán repelidos por la fuerza de Coulomb antes de entrar en el rango de interacciones fuertes. Si realiza el cálculo (semi-)clásicamente, la energía cinética (temperatura) requerida para penetrar la barrera electrostática es una cantidad prácticamente imposible. (Por "clásicamente", me refiero a "no tener en cuenta la mecánica cuántica").
Aquí es donde entra en juego la mecánica cuántica. La mecánica cuántica describe partículas con funciones de onda que abarcan un rango de posiciones (y otras variables físicas) en lugar de posiciones definidas como puntos.
Las funciones de onda cuánticas a menudo permiten que las partículas tengan una probabilidad distinta de cero de existir en la llamada región "clásicamente prohibida". Lo que esto significa es que, incluso si la energía de una partícula puede ser demasiado baja para penetrar una barrera de energía, la mecánica cuántica permite una probabilidad finita de que la partícula aparezca más allá de la barrera. Esto también se denomina efecto de "tunelización cuántica". Esto es, creo, lo que se dice que es "función de onda superpuesta" en el texto que lees.
Entonces, a una energía (temperatura) mucho más baja que la requerida según el cálculo clásico, los protones tienen alguna probabilidad (baja pero finita) de acercarse lo suficiente como para que una fuerte interacción pueda desencadenar el proceso de fusión. Por lo tanto, el proceso de fusión nuclear comienza a una temperatura mucho más baja y algo factible.
(Llamé a las partículas participantes "protones" asumiendo una colisión hidrógeno-hidrógeno, pero el mismo principio es aplicable a núcleos más pesados).
No, pero estás en el camino correcto. La fusión ocurre cuando ciertos núcleos se acercan lo suficiente como para que la fuerza nuclear de corto alcance domine la repulsión de Coulomb. Recuerda que todos los núcleos tienen una carga positiva en proporción al número de protones en el núcleo. Cuando dos núcleos se acercan mucho, se produce una fuerte repulsión de Coulomb. Esta es una de las razones por las que es tan difícil producir reacciones de fusión. Si se acercan lo suficiente como para que entre en juego la fuerza nuclear, pueden formar diferentes núcleos (elementos). La diferencia en las energías de enlace entre los núcleos inicial y final es la energía liberada en una reacción de fusión. Una de las razones por las que el Sol puede mantener la fusión nuclear es porque el núcleo de una estrella tiene una densidad tan alta que los átomos/núcleos están cerca unos de otros, lo que permite que se produzca la fusión.
IanC