¿Por qué las secciones transversales de absorción de neutrones son altas con una energía incidente baja?

Por ejemplo, la sección transversal de fisión U-235 se ve así:


(fuente: ciencia20.com )

Según tengo entendido, los picos de resonancia corresponden a estados cuánticos discretos del núcleo compuesto excitado. A medida que avanza, la densidad de estados es demasiado alta para resolverse y obtiene ese continuo.

Pero en energías térmicas (parte izquierda del gráfico), no entiendo muy bien qué está pasando, ya que los estados disponibles deberían ser bajos. Como consecuencia. Espero que la sección transversal también sea baja.

¿Es una cola de un pico de resonancia correspondiente a estados de baja energía? ¿El comportamiento de 1/v domina la disminución de ese pico de resonancia?

Estoy ampliando un poco la pregunta, ya que no estoy satisfecho con las respuestas. Esto es lo que creo que debería estar sucediendo (el ejemplo se realiza con la absorción de un neutrón por Indium-115):

ingrese la descripción de la imagen aquí

La izquierda es antes de la absorción, la derecha es después. El nivel naranja no es un nivel en el núcleo compuesto, por lo que la absorción disminuiría.

Esto también sucede con el uranio-238, por lo que la pregunta no es solo sobre la fisión.

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No soy físico nuclear, así que soy reacio a publicar esto como respuesta. Mi suposición intuitiva es que para los neutrones más rápidos, la superposición de la función de onda con el núcleo ocurre durante un período de tiempo más corto, lo que hace que la captura de un protón sea menos probable. Un neutrón realmente lento no necesita superar la barrera de culombio y simplemente puede "sentarse" en el núcleo durante mucho tiempo (efectivamente siendo capturado).
@Spencer Gracias. Creo que entiendo ese comportamiento general, pero quería una explicación desde el punto de vista de los estados cuánticos discretos. Incluso si el neutrón fuera lento y se "sentara" allí durante mucho tiempo, si no tiene la energía "correcta", no veo cómo podría capturarse.
Hmm... Tienes que tener cuidado allí. Con solo estar ahí el neutrón ya ha perturbado los niveles de energía del núcleo; recuerda que también contribuye al hamiltoniano. Por lo tanto, no serán necesariamente los mismos que eran antes de que llegara. Tampoco estoy seguro de que exista tal cosa como muy poca energía para atar; solo por ser libre en primer lugar, debería tener más energía que los nucleones unidos; y si no es así, siempre hay túneles. Además, esos picos de resonancia corresponden a diferencias en los niveles de energía, no a la magnitud de los niveles de energía en sí mismos.
Creo que la respuesta de Ali a continuación es correcta. Tenga en cuenta que "fisión" significa que el núcleo está en un estado metaestable. En cierto sentido, el continuo de energía es similar a un electrón de baja energía atrapado en el continuo de las bandas en un metal (así es como descargamos nuestros dedos cuando la almohadilla de la computadora portátil deja de funcionar :)). kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_2.html
Parece bastante claro que, de las 2 posibilidades que presenta el OP, domina el comportamiento 1/v. Simplemente tenemos una multitud de justificaciones para ese comportamiento que opera en diferentes niveles de la física. Leí esta pregunta como pidiendo una explicación cuántica genuina de ese comportamiento 1/v, que es una pregunta perfectamente válida.
Edité la pregunta porque no creo que me esté dando a entender.
no entiendo como el ( norte , γ ) la sección transversal para 238U puede ser distinta de cero a bajas energías. Esto parecería violar la conservación de la energía. Si pones un 10 − 5 eV neutrón, no puedes sacar un rayo gamma.

Respuestas (2)

Esto se debe a que el U-235 es fisionable, es decir, solo tienes que enviar el neutrón al núcleo para que suceda la magia. A diferencia del U-238, donde solo entregarlo no hace el trabajo, allí también debe impartir al núcleo la energía cinética de los neutrones.

Una vez que sabemos esto, queda claro que para los neutrones de baja energía, su longitud de onda de De Broglie es muy grande. Entonces, la sección transversal está determinada efectivamente por el tamaño cuántico del neutrón, en lugar de cualquier otra dinámica, por lo que aproximadamente σ ≈ π λ d B 2 ≈ 1 mi

todas las secciones transversales de captura tienen este comportamiento, kayelaby.npl.co.uk/atomic_and_nuclear_physics/4_7/4_7_2.html
Mire la figura F en el enlace que proporcionó, para la sección transversal de neutrones con U-238
Sí, hay un umbral para los no fisionables. Es el "fisible" lo que marca la diferencia como dice en su respuesta.

Los estados propios de energía del núcleo final (después de que se haya capturado el neutrón) forman un conjunto completo. Eso significa que cualquier función de onda puede escribirse como una superposición de estos estados; en particular, podemos expresar la función de onda de los neutrones entrantes en términos de estos estados,

ψ i norte ( X , t ) = ∑ norte = 1 ∞ a norte ( t ) ψ norte ( X ) mi i mi norte t .

Digamos que el neutrón es capturado en el momento T . los coeficientes a norte ( T ) corresponden a las amplitudes de probabilidad de que, cuando se mide, el neutrón estará en el estado ligado con energía mi norte .

La energía cinética entrante del neutrón va a ser un promedio de la mi norte ,

mi k i norte mi t i C = ∑ norte | a norte ( T ) | 2 mi norte ,

si esta energía entrante no es exactamente igual a uno de los niveles de energía, no hay problema; esto solo significa que hay una probabilidad finita de aterrizar en niveles de energía más altos y más bajos. Este fenómeno se describe a veces como la incertidumbre en la energía.

Aquí hay un pequeño problema porque lo más probable es que el neutrón esté preparado en algún estado de impulso definido como mi i pag z que en realidad no vive en nuestro espacio hilbert. Una forma de evitar esto es aproximar la función de onda entrante como,

ψ i norte = A mi i pag z mi − r 2 / L 2 ,

y tomar el límite como L → ∞ al final (esto está motivado por la teoría de funciones generalizadas).

@Ant, creo que entiendo lo que estás preguntando ahora. ¿Esto ayuda?
Sí, esto es mucho más claro, gracias. Sin embargo, dejaré la pregunta abierta hasta mañana. Por si alguien quiere añadir algo.
Genial, estoy seguro de que un experto en el campo puede proporcionar una explicación mucho más profunda.
Una cosa más, cuando dices: "si esta energía entrante no es exactamente igual a uno de los niveles de energía, no hay problema; esto solo significa que hay una probabilidad finita de aterrizar en niveles de energía más altos y más bajos". ¿Quiere decir que los coeficientes a_n(t) cambiarán con el tiempo de modo que la energía cinética promedio E_Kinetic podría desviarse de la entrante?
Ciertamente es posible aunque no necesario. No sé lo suficiente sobre potenciales nucleares para decir exactamente cómo evolucionaría la energía cinética en el tiempo (es decir, si será constante o no). En el caso de que un electrón libre se acerque a un núcleo atómico desnudo, la energía cinética entrante no será la misma que la energía cinética en algún momento posterior; pero la fuerza de culombio tiene un largo alcance a diferencia de la fuerza nuclear.
Gracias. Pero entonces, cuando dices "esto solo significa que hay una probabilidad finita de aterrizar en niveles de energía más altos y más bajos", ¿de dónde vendría esa probabilidad? solo el principio de incertidumbre?
Más precisamente, ¿es por la incertidumbre que encuentra, por ejemplo, aquí (eq 807) ? y no se obtiene esa incertidumbre cuando aumenta la energía de los neutrones porque los neutrones apenas ven la perturbación del potencial de corto alcance, ¿no es así?
Esto no responde la pregunta. El OP quiere saber el motivo de la alta sección transversal a bajas energías.
¿Por qué las secciones transversales de absorción de neutrones son altas con una energía incidente baja?
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