In che modo gli ispettori delle armi verificano che una bomba nucleare sia stata smantellata? Una risposta inquietante è:non lo fanno, per la maggior parte. Quando i paesi firmano patti di riduzione degli armamenti, in genere non concedono agli ispettori l'accesso completo alle loro tecnologie nucleari, per paura di rivelare segreti militari.

Anziché, i precedenti trattati di riduzione degli armamenti USA-Russia hanno richiesto la distruzione dei sistemi di lancio per le testate nucleari, come missili e aerei, ma non le testate stesse. Per rispettare il trattato START, Per esempio, gli Stati Uniti tagliarono le ali ai bombardieri B-52 e li lasciarono nel deserto dell'Arizona, dove la Russia potrebbe confermare visivamente lo smembramento degli aerei.

È un approccio logico ma non perfetto. Le testate nucleari immagazzinate potrebbero non essere consegnabili in una guerra, ma potrebbero ancora essere rubati, venduto, o fatto esplodere accidentalmente, con conseguenze disastrose per la società umana.

"C'è un reale bisogno di prevenire questo tipo di scenari pericolosi e andare dietro a queste scorte, "dice Areg Danagoulian, uno scienziato nucleare del MIT. "E questo significa davvero uno smantellamento verificato delle armi stesse".

Ora i ricercatori del MIT guidati da Danagoulian hanno testato con successo un nuovo metodo ad alta tecnologia che potrebbe aiutare gli ispettori a verificare la distruzione delle armi nucleari. Il metodo utilizza fasci di neutroni per stabilire alcuni fatti sulle testate in questione e, in modo cruciale, utilizza un filtro isotopico che crittografa fisicamente le informazioni nei dati misurati.

Un documento che dettaglia gli esperimenti, "Un sistema di verifica della testata fisica crittografica che utilizza risonanze nucleari indotte da neutroni, " viene pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura . Gli autori sono danagouliani, chi è Norman C. Rasmussen Assistant Professor of Nuclear Science and Engineering al MIT, e lo studente laureato Ezra Engel. Danagoulian è l'autore corrispondente.

Test ad alto rischio

L'esperimento si basa su precedenti lavori teorici, da Danagoulian e altri membri del suo gruppo di ricerca, che l'anno scorso ha pubblicato due articoli che descrivono in dettaglio le simulazioni al computer del sistema. Il test ha avuto luogo presso il Gaerttner Linear Accelerator (LINAC) Facility nel campus del Rensselaer Polytechnic Institute, utilizzando una sezione lunga 15 metri della linea del fascio di neutroni della struttura.

Le testate nucleari hanno un paio di caratteristiche che sono centrali nell'esperimento. Tendono a usare particolari isotopi di plutonio, varietà dell'elemento che hanno un diverso numero di neutroni. E le testate nucleari hanno una disposizione spaziale distintiva dei materiali.

Gli esperimenti consistevano nell'inviare prima un fascio di neutroni orizzontale attraverso un proxy della testata, poi attraverso un filtro al litio che rimescola le informazioni. Il segnale del raggio è stato quindi inviato a un rilevatore di vetro, dove una firma dei dati, che rappresentano alcune delle sue proprietà chiave, è stato registrato. I test MIT sono stati eseguiti utilizzando molibdeno e tungsteno, due metalli che condividono proprietà significative con il plutonio e sono serviti da possibili proxy per esso.

Il test funziona, Prima di tutto, perché il fascio di neutroni può identificare l'isotopo in questione.

"Nella fascia a bassa energia, le interazioni dei neutroni sono estremamente isotopi-specifiche, "Dagoulian dice. "Quindi fai una misurazione in cui hai un tag isotopico, un segnale che incorpora informazioni sugli isotopi e sulla geometria. Ma fai un passaggio aggiuntivo che lo crittografa fisicamente."

Quella crittografia fisica delle informazioni sul raggio di neutroni altera alcuni dei dettagli esatti, ma consente comunque agli scienziati di registrare una firma distinta dell'oggetto e quindi utilizzarla per eseguire confronti da oggetto a oggetto. Questa alterazione significa che un paese può sottoporsi al test senza divulgare tutti i dettagli su come sono progettate le sue armi.

"Questo filtro di crittografia fondamentalmente copre le proprietà intrinseche dell'oggetto classificato stesso, " spiega Danagoulian.

Sarebbe anche possibile inviare il raggio di neutroni attraverso la testata, registrare tali informazioni, e quindi crittografarlo su un sistema informatico. Ma il processo di crittografia fisica è più sicuro, Daagoulian osserva:"Potresti, in linea di principio, farlo con i computer, ma i computer sono inaffidabili. Possono essere hackerati, mentre le leggi della fisica sono immutabili."

I test del MIT includevano anche controlli per assicurarsi che gli ispettori non potessero decodificare il processo e quindi dedurre le informazioni sulle armi che i paesi vogliono mantenere segrete.

Per condurre un'ispezione delle armi, poi, un paese ospitante presenterebbe una testata agli ispettori delle armi, chi potrebbe eseguire il test del fascio di neutroni sui materiali. Se passa l'adunata, potrebbero eseguire il test anche su ogni altra testata destinata alla distruzione, e assicurati che le firme dei dati di quelle bombe aggiuntive corrispondano alla firma della testata originale.

Per questa ragione, un paese non potrebbe, dire, presentare una vera testata nucleare da smantellare, ma imbrogliano gli ispettori con una serie di armi finte dall'aspetto identico. E mentre molti protocolli aggiuntivi dovrebbero essere organizzati per far funzionare l'intero processo in modo affidabile, il nuovo metodo bilancia plausibilmente sia la divulgazione che la segretezza per le parti coinvolte.

L'elemento umano

Danagoulian ritiene che il passaggio del nuovo metodo alla fase di test sia stato un significativo passo avanti per il suo team di ricerca.

"Le simulazioni catturano la fisica, ma non catturano le instabilità del sistema, "Dagoulian dice. "Gli esperimenti catturano il mondo intero."

Nel futuro, vorrebbe costruire una versione in scala ridotta dell'apparato di prova, uno che sarebbe lungo solo 5 metri e potrebbe essere mobile, per l'uso in tutti i siti di armi.

"Lo scopo del nostro lavoro è creare questi concetti, convalidarli, dimostrare di funzionare attraverso simulazioni ed esperimenti, e poi fare in modo che i Laboratori Nazionali li utilizzino nel loro insieme di tecniche di verifica, "Dagoulian dice, riferendosi agli scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti.

Danagoulian sottolinea anche la gravità del disarmo delle armi nucleari. Un piccolo gruppo di diverse testate nucleari moderne, lui nota, è uguale alla forza distruttiva di ogni armamento sparato nella seconda guerra mondiale, comprese le bombe atomiche sganciate su Hiroshima e Nagasaki. Gli Stati Uniti e la Russia ne possiedono circa 13, 000 armi nucleari tra di loro.

"Il concetto di guerra nucleare è così grande che [normalmente] non si adatta al cervello umano, "Dagoulian dice. "È così terrificante, così orribile, che la gente lo spenga."

Nel caso di Danagoulian, sottolinea inoltre che, nel suo caso, diventare un genitore ha notevolmente aumentato la sua sensazione che sia necessaria un'azione su questo problema, e ha contribuito a stimolare l'attuale progetto di ricerca.

"Mi ha messo in testa un'urgenza, "Dagoulian dice. "Posso usare le mie conoscenze e la mia abilità e la mia formazione in fisica per fare qualcosa per la società e per i miei figli? Questo è l'aspetto umano del lavoro".