En negociaciones pasadas destinadas a reducir los arsenales de las superpotencias nucleares del mundo, principalmente los Estados Unidos y Rusia, Uno de los principales puntos conflictivos ha sido el proceso de verificación:¿cómo se demuestra que se han destruido bombas y dispositivos nucleares reales, no solo réplicas? sin revelar secretos muy guardados sobre el diseño de esas armas?

Ahora, investigadores del MIT han encontrado una solución inteligente, que, de hecho, sirve como una versión basada en la física de las claves criptográficas utilizadas en los sistemas de cifrado informático. De hecho, han creado dos versiones completamente diferentes de dicho sistema, para mostrar que puede haber una variedad de opciones para elegir si alguna tiene inconvenientes. Sus hallazgos se informan en dos artículos, uno en Comunicaciones de la naturaleza y el otro en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , con el profesor asistente de ciencia e ingeniería nuclear del MIT, Areg Danagoulian, como autor principal de ambos.

Debido a las dificultades para probar que una ojiva nuclear es real y contiene combustible nuclear real (típicamente plutonio altamente enriquecido), En cambio, los tratados anteriores se han centrado en los sistemas de lanzamiento mucho más grandes y más difíciles de falsificar:misiles balísticos intercontinentales, misiles de crucero, y bombarderos. Tratados de reducción de armas como START, que redujo el número de sistemas de entrega en cada lado en un 80 por ciento en la década de 1990, resultó en la destrucción de cientos de misiles y aviones, incluidos 365 enormes bombarderos B-52 cortados en pedazos por un dispositivo gigante similar a una guillotina en el desierto de Arizona.

Pero para evitar los peligros de la proliferación futura, por ejemplo, si las naciones rebeldes o los terroristas obtuvieron el control de las ojivas nucleares, en realidad deshacerse de las bombas y de su combustible debería ser un objetivo de futuros tratados, Dice Danagoulian. Entonces, una forma de verificar esa destrucción podría ser la clave para hacer posibles esos acuerdos. Danagoulian dice que su equipo, que incluía al estudiante graduado Jayson Vavrek, posdoctorado Brian Henderson, y el recién graduado Jake Hecla '17, he encontrado un método así, en dos variaciones diferentes.

"¿Cómo se verifica lo que hay en una caja negra sin mirar dentro? La gente ha probado muchos conceptos diferentes, "Danagoulian dice. Pero estos esfuerzos tienden a sufrir el mismo problema:si revelan suficiente información para ser efectivos, revelan demasiado para ser políticamente aceptables.

Para evitar eso el nuevo método es un análogo físico del cifrado de datos, en el que los datos se manipulan típicamente utilizando un conjunto específico de números grandes, conocido como la clave. Los datos resultantes se traducen esencialmente en un galimatías, indescifrable sin la clave necesaria. Sin embargo, todavía es posible saber si dos conjuntos de datos son idénticos o no, porque después del cifrado seguirían siendo idénticos, transformado exactamente en el mismo galimatías. Alguien que vea los datos no tendría conocimiento de su contenido, pero aún podía estar seguro de que los dos conjuntos de datos eran iguales.

Ese es el principio que aplicaron Danagoulian y su equipo, en forma física, con el sistema de verificación de ojivas, haciéndolo "no a través de la computación, pero a través de la física, ", dice." Puedes piratear la electrónica, pero no puedes hackear la física ".

Una ojiva nuclear tiene dos características esenciales:la mezcla de elementos pesados ​​e isótopos que componen su "combustible nuclear", "y las dimensiones de la esfera hueca, llamado pozo, en el que ese material nuclear se configura típicamente. Estos detalles se consideran información ultrasecreta dentro de todas las naciones que poseen tales armas.

Medir la radiación emitida por una supuesta ojiva no es suficiente para demostrar que es real. Dice Danagoulian. Podría ser una falsificación que contiene materiales irrelevantes para el arma que emiten exactamente la misma firma de radiación que una bomba real. Las sondas que utilizan procesos resonantes sensibles a los isótopos se pueden utilizar para sondear las características internas de la bomba y revelar tanto la mezcla de isótopos como la forma. probando su realidad, pero eso revela todos los secretos. Así que Danagoulian y su equipo introdujeron otra pieza del rompecabezas:una "clave" física que contiene una mezcla de los mismos isótopos, pero en proporciones desconocidas para el equipo de inspección y que, por lo tanto, mezclan la información sobre el arma en sí.

Piénselo de esta manera:es como si los isótopos estuvieran representados por colores, y la clave era un filtro colocado sobre el objetivo, con áreas que equilibran cada color en el objetivo con su color complementario exacto, como un negativo fotográfico, de modo que cuando se alinean los colores se cancelan perfectamente y todo se ve negro. Pero si el objetivo en sí tiene un patrón de color diferente, el desajuste sería notoriamente obvio, revelando un objetivo "falso".

En el caso del concepto basado en neutrones, es la mezcla de isótopos pesados ​​la que coincide, en lugar de colores, pero el efecto es el mismo. El país que produjo la bomba produciría el "filtro, "en este caso, llamado recíproco criptográfico o lámina criptográfica. La ojiva para ser verificada, que se puede ocultar dentro de una caja negra para evitar cualquier inspección visual, está alineado con el recíproco criptográfico o una lámina. La combinación se somete a una medición utilizando un haz de neutrones, y un detector que puede registrar las firmas resonantes específicas de isótopos. Los datos de neutrones resultantes se pueden representar como una imagen que parece esencialmente en blanco si la ojiva es real, pero muestra detalles de la ojiva si no lo es. (En la versión alternativa, el haz consta de fotones, el "filtro" es una lámina criptográfica, y la salida es un espectro en lugar de una imagen, pero el principio esencial es el mismo.) Estas pruebas se basan en los requisitos de una prueba de conocimiento cero, donde el probador honesto puede demostrar el cumplimiento, sin revelar nada más.

Hay un desincentivo adicional para el engaño integrado en el sistema basado en neutrones. Debido a que la plantilla es un complemento perfecto de la propia ojiva, tratar de hacer pasar un maniquí en lugar de la cosa real en realidad haría exactamente lo que las naciones están tratando de evitar:revelaría algunos de los detalles secretos de la composición y configuración de la ojiva (como un negativo fotográfico alineado con un no- la coincidencia positiva revelaría los contornos de la imagen).

Danagoulian, quien creció en Armenia cuando era parte de la Unión Soviética antes de emigrar a los Estados Unidos para la universidad (obtuvo su licenciatura en el MIT en 1999 y su doctorado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign en 2006), dice que recuerda vívidamente los días de la Guerra Fría, cuando tanto la URSS como los Estados Unidos tenían miles de misiles nucleares perpetuamente preparados, dirigidas a las ciudades de los demás. Después de la caída de la Unión Soviética, él dice, En Rusia y en sus antiguos satélites quedaba una enorme cantidad de material fisionable apto para la fabricación de bombas. Este material "medido en decenas de toneladas, que podría usarse para hacer miles, si no decenas de miles, "de bombas nucleares, él dice. Esos recuerdos proporcionaron una fuerte motivación para encontrar formas de utilizar sus conocimientos en física para facilitar una reducción en la cantidad de ese material y en el número de armas nucleares disponibles en todo el mundo. él dice.

El equipo ha verificado el concepto de neutrones a través de extensas simulaciones y ahora espera demostrar que funciona a través de pruebas de materiales fisibles reales. en colaboración con un laboratorio nacional que pueda proporcionar dichos materiales. El concepto de fotón ha sido el foco de un experimento de prueba de concepto llevado a cabo en el MIT y se describe en la publicación PNAS.

Si algún día se adopta un sistema y ayuda a lograr reducciones significativas en la cantidad de armas nucleares en el mundo, Danagoulian dice:"todos estarán mejor. Habrá menos de esto esperando, esperando ser robado, caído accidentalmente o introducido de contrabando en algún lugar. Esperamos que esto haga mella en el problema ".