FERMIAC

El tranvía de Monte Carlo , o FERMIAC , era una computadora analógica inventada por el físico Enrico Fermi para ayudar en sus estudios sobre el transporte de neutrones . ^{[ 1 ]}

El FERMIAC medía unos 30  centímetros de largo y se parecía a un pequeño carrito, de ahí su apodo. ^{[ 2 ]} L.  D.  P. King lo construyó de latón y láminas de acrílico en el Laboratorio Científico de Los Alamos . ^{[ 3 ]} No realizaba ningún cálculo electrónico. En cambio, el operador lo empujaba manualmente sobre un dibujo a escala de un dispositivo nuclear, trazando posibles trayectorias de neutrones mediante números aleatorios de una tabla. ^{[ 3 ]}

El FERMIAC empleó el método de Monte Carlo para modelar el transporte de neutrones en diversos sistemas nucleares . A partir de una distribución inicial de neutrones , el objetivo es desarrollar numerosas "genealogías de neutrones" o modelos del comportamiento de cada neutrón, incluyendo cada colisión, dispersión y fisión . Cuando se produce una fisión, se predice el número de neutrones que emergen, y el comportamiento de cada uno de ellos se modela posteriormente de la misma manera que el primero. En cada etapa, se utilizan números pseudoaleatorios para tomar decisiones que afectan al comportamiento de cada neutrón.

El FERMIAC utilizó este método para crear genealogías de neutrones bidimensionales en un diagrama a escala de un dispositivo nuclear. Una serie de tambores en el dispositivo se ajustaron según el material que se atravesaba y una selección aleatoria entre neutrones rápidos y lentos . Números aleatorios también determinaron la dirección del desplazamiento y la distancia hasta la siguiente colisión. Una vez ajustados los tambores, el carro se desplazó a través del diagrama, trazando una trayectoria a medida que avanzaba. Cada vez que se indicaba un cambio de material en el diagrama, se ajustaban los tambores antes de continuar.

Para utilizar el FERMIAC, un operador necesitaba un dibujo a escala del dispositivo, tablas de datos físicos y una lista de números aleatorios. Un rodillo de latón de diez pasos medía la distancia que recorrería un neutrón en un material determinado antes de su siguiente colisión. Cada segmento de la trayectoria del neutrón se dibujaba en el diagrama. ^{[ 2 ]}

A principios de la década de 1930, el físico italiano Enrico Fermi dirigió un equipo de jóvenes científicos, conocidos como los " chicos de Via Panisperna ", en sus ahora famosos experimentos de física nuclear . Durante este tiempo, Fermi desarrolló técnicas de "muestreo estadístico" que empleó eficazmente para predecir los resultados de los experimentos. ^{[ 4 ]}

Años después, en 1946, Fermi participó en la revisión inicial de los resultados del ENIAC . Entre los presentes se encontraba el matemático de Los Alamos , Stanislaw Ulam , quien estaba familiarizado con el uso de técnicas de muestreo estadístico similares a las desarrolladas previamente por Fermi. Dichas técnicas habían caído en desuso debido a los largos y repetitivos cálculos que requerían. Sin embargo, dada la capacidad de cálculo del ENIAC, Ulam vio la oportunidad de revivir estas técnicas. Discutió sus ideas con John von Neumann , quien finalmente utilizó el ENIAC para implementar el método de Monte Carlo (como se denominó posteriormente a las técnicas de muestreo estadístico) para resolver diversos problemas de transporte de neutrones. ^{[ 5 ]}

Sin embargo, antes de que el ENIAC pudiera emplearse para este propósito, primero tuvo que ser trasladado a su ubicación permanente en el Laboratorio de Investigación Balística . ^{[ 6 ]} Fue durante esta interrupción en el funcionamiento del ENIAC que Fermi concibió la idea de su dispositivo analógico. Según Sood et al., durante una visita a Los Álamos en 1947, Fermi discutió el concepto con su colega L.  D.  P. King en un picnic familiar; King construyó entonces el instrumento, que más tarde recibió el nombre apropiado de FERMIAC. ^{[ 2 ]} El dispositivo se utilizó durante aproximadamente dos años. ^{[ 3 ]}

En 2015, el Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "Enrico Fermi" creó una réplica del dispositivo. ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Entre 1947 y 1949, el FERMIAC fue utilizado por el grupo de la División Teórica, liderado por Bengt Carlson, para modelar diversos sistemas nucleares, trazando típicamente al menos 100 neutrones de la fuente a través de un diagrama a escala de un conjunto. ^{[ 2 ]} Al observar si la población de neutrones simulada crecía, disminuía o se mantenía constante a lo largo de sucesivas generaciones, los analistas podían caracterizar una configuración como supercrítica, subcrítica o crítica. ^{[ 2 ]} El carro permitió realizar estos estudios manualmente durante el período en que los cálculos electrónicos de Monte Carlo aún no estaban disponibles de forma rutinaria. Según Carlson, «aunque el carro en sí se había vuelto obsoleto para 1949, las lecciones aprendidas de él fueron invaluables». ^{[ 2 ]}

En la década de 1940, Los Alamos se basaba en varios tipos de cálculo. Equipos de "computadoras" humanas , muchas de ellas mujeres, trabajaban con calculadoras de escritorio, y la División Teórica también utilizaba máquinas de tarjetas perforadas de IBM . ^{[ 2 ]} El FERMIAC era una herramienta compacta de propósito especial para el transporte de neutrones, utilizada cuando no se disponía de una computadora electrónica.

Stanisław Ulam , John von Neumann y Nicholas Metropolis desarrollaron el método de Monte Carlo en Los Alamos a finales de la década de 1940. ^{[ 4 ]} ENIAC realizó los primeros cálculos electrónicos de Monte Carlo en 1948. ^{[ 2 ]} Fermi diseñó el FERMIAC como una solución provisional durante la reubicación del ENIAC en el Campo de Pruebas de Aberdeen. Posteriormente se realizaron implementaciones digitales: primero el propio ENIAC y más tarde el MANIAC , que Metropolis construyó en Los Alamos en 1952. ^{[ 2 ] [ 9 ]} El FERMIAC original se exhibe en el Museo de Ciencias Bradbury en Los Alamos, Nuevo México. ^{[ 3 ]}

• Planímetro
• Neutrones
• Fisión nuclear
• Simulación por ordenador

• ¿Qué es el FERMIAC o Fermi Trolley? (El Museo de Ciencias Bradbury es operado por el Laboratorio Nacional de Los Alamos con fines educativos, 2017)