Könnte ein Atom ein binäres Kernsystem haben?

In Sternensystemen haben Sie viele Optionen für exotische Systeme wie dieses ( ein berühmtes Beispiel ). Diese Flexibilität entsteht, weil Sternsysteme im Vergleich zu den de Broglie-Wellenlängen ihrer Komponenten groß sind, sodass Sternbahnen nicht quantisiert sind. Bei Atomen und ihren Elektronen und Kernen sind Sie weiter eingeschränkt.

Wie ein Kommentator bemerkt, wenn Sie zwei Kerne und genügend Elektronen haben, um die Dinge neutral zu machen, und thermische Energie entfernen, bis Partikel gezwungen werden, sich aneinander zu binden, erhalten Sie Moleküle. Zum Beispiel im Diwasserstoff ($\mathrm H_2$)-Molekül sind die beiden Protonen durch etwa einen Ångström getrennt, was sich sehr von dem unterscheidet$10^{-5}\,\mathrm Å$die Nukleonen innerhalb eines Kerns trennt. Der$\mathrm H_2$Molekül hat zwei Elektronen, die beide Kerne umkreisen . Die niederenergetischen Anregungen des Wasserstoffmoleküls sind Rotationen, die Energie haben$E_J = \frac{\rm 15\,meV}{2} J(J+1)$für die Orbitalquantenzahl$J=0,1,2,\ldots$; Diese Zustände entsprechen unterschiedlichen Drehimpulsen, wenn sich die beiden Kerne umkreisen.

Haben Sie sich gefragt, ob es möglich ist, zwei Kerne nahe genug beieinander zu haben, damit die verbleibende starke Kraft herrscht, aber gerade weit genug entfernt, damit sie nicht miteinander verschmelzen? Ich weiß, dass es Kerne mit unterschiedlichen Formen gibt, einschließlich verlängerter und abgeflachter.

Einige Kerne derselben Isotope können unterschiedliche Formen haben, die als Isomere bezeichnet werden.

Isomerischer Zerfall – einige Radionuklide existieren in vergleichsweise langlebigen angeregten Zuständen, die als „Isomere“ bekannt sind. Beispielsweise hat das Isomer von 242Am eine Halbwertszeit von 141 Jahren, aber der Grundzustand zerfällt mit einer Halbwertszeit von nur 16 Stunden. Beim Zerfall eines Isomers wird die Anregungsenergie üblicherweise als Gammastrahlung emittiert.

Wenn man sich das Bild in diesem Artikel ansieht, hat Plutonium-240 ein Isomer, das so weitläufig zu sein scheint, dass es (vielleicht) dem nahe kommt, wonach Sie gefragt haben. Kernstruktur

Tantal-180m ist ein großartiges Beispiel für ein Kernisomer. Ta-180 im Grundzustand hat eine Halbwertszeit von etwa 8 Stunden. Wenn sich dieser Kern jedoch in einem bestimmten metastabilen angeregten Zustand befindet, ist die Halbwertszeit so lang, dass dieses Isomer als stabil angesehen wird.

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Wenn Sie sich ein wenig umsehen, ist der Begriff, nach dem Sie suchen, "Dinukleus". Dynamik des Dinukleus

Aus Dinuclear System Model for Dynamics and Structure, Conference Paper, Juli 2001, GG Adamyan et al.:

Ein Dinkelsystem (DNS) ist eine Konfiguration, die aus zwei sich berührenden Kernen besteht, die ihre Individualität behalten und Nukleonen und/oder Cluster austauschen. Andere Notationen für ein zweikerniges System sind quasimolekulare Konfigurationen, Kernmoleküle und Bi-Cluster-Konfigurationen.

Moleküle in einem Kern

Scholarpedia: Cluster in Kernen

Jeder Kern besteht aus einer Anzahl von Protonen, die positiv geladene Teilchen sind und sich daher gegenseitig abstoßen. Um sie zusammenzukleben, werden einige zusätzliche neutrale Teilchen - Neutronen - benötigt, um die Anziehungskraft des Klebens zu "verstärken".

Dasselbe Problem gilt für binäre Kernsysteme – diese Kernpaare stoßen sich aufgrund der elektrostatischen Druckkraft zwischen zusammengesetzten Protonen voneinander ab. Um sie im gleichen Abstand zu halten, ist eine genau entgegengesetzte Kernklebekraft zwischen den Kernen erforderlich. Das elektrische Columb-Potential und das Yukawa-Potential (starke Kraft) haben jedoch unterschiedliche Formen. Indem Sie sie miteinander gleichsetzen, könnten Sie einen stabilen Abstand finden, in dem sich diese entgegengesetzten Kräfte gegenseitig kompensieren:

$$\frac {e^2}{4\pi r} =\frac {g^2}{4 \pi r} \exp(-\mu r)$$

Jetzt lösen für$r$, gibt :

$$r_{\text{stable}} = - \frac 1 \mu \ln\left(\frac {e^2}{g^2}\right)$$

Als nächstes können Sie aus der Wikipedia einen Yukawa- Potentialvergleich über das Coulomb-Potential in den langen Bereichen sehen:

Am fernen Ende nähert sich das Coulomb-Potential asymptotisch einem festen Wert, der unter dem Yukawa-Nullpotential liegt. Im unteren Bereich nähert sich das Yukawa-Potential schnell der Unendlichkeit, während das Coulomb-Potential nicht so schnell und auch asymptotisch ist. Sie überschneiden sich nicht.

Wenn schließlich ein solches System theoretisch einen stabilen Punkt im Abstand zwischen Kernpaaren haben könnte, würde dies immer noch unerträgliche Probleme aufgrund der Heisenberg-Unschärferelation erzeugen, die besagt, dass kein mikroskopisches System einen genauen Positionsvektor haben kann:

$$\sigma _{x}\sigma _{p}\geq {\frac {\hbar }{2}}~~$$ ,

Wenn also der Abstand etwas zunimmt, fliegen diese beiden Kerne als Paar Hochgeschwindigkeitsgeschosse auseinander. Ein bisschen näher - und dieser "Kerndipol" wird von einer starken Kernkraft zu "einem Ding" zerquetscht.

Die allgemeinen Schlussfolgerungen sind also, dass NO,- ein Paar getrennter Kerne kein stabiles COM-System in einem Atom sein kann. Instabil, mit enormen Zerfallsraten ? Vielleicht.