Мир вокруг нас

Итак, двух причин — достаточно, чтобы объяснить, почему все сложные элементарные частицы обретают определённое объёмное строение. При этом, объёмные изображения частиц — находятся в соответствии с плоскими изображениями, но отличаются наличием углов между образующимися, вместо треугольников, гранями.

Имея объёмное представление о таких элементарных частицах как протон, нейтрон и пи-мезон — мы уже можем перейти к объяснению строения более высокого уровня вещества, — т. е. атомных ядер.

Основы постнеклассической ядерной физики

Внутреннее строение атомных ядер — является одной из, в целом, нерешённых задач, на неклассическом этапе. Далее, постнеклассически, в наглядном, геометрическом виде, без использования формул, мы увидим причины всех основных свойств ядер. Также увидим неразрывную связь структуры элементарных частиц и атомных ядер, т. е. как строение ядер — вытекает из геометрии элементарных частиц.

Строение ядра дейтерия

Не считая ядра атома водорода (т. е. протона), самое простое атомное ядро — это ядро атома дейтерия, состоящее из протона и нейтрона. Наглядно, строение этого ядра, с точки зрения постнеклассических представлений — показано на рис. 23.

Рис. 23

Как видно, ядро представляет правильную геометрическую фигуру, замыкающую некоторую область пространства. Протон и нейтрон, при этом — геометрически подходят друг другу. Также, как видно на рис., атомное ядро — представляет замкнутое движение, где замкнутые движения в протоне и нейтроне — взаимосвязаны в более крупное замкнутое движение, имеющееся в ядре как целом.

Ядро дейтерия, как известно, имеет спин 1, т. е. спины протона и нейтрона в нём — одинаковы, например, оба равны +1/2, так что в целом ядро имеет спин +1. Не существует ядер дейтерия со спином 0. Наглядная причина этого — видна из рис. 24. Как видно на рис., ядро со спином 0, не представляет замкнутой геометрической фигуры, и т. о. очевидно не является связанным состоянием протона и нейтрона. Также из рис. видно, что нуклоны (т. е. протон и нейтрон), если «развёрнуты вверх» — имеют спин +1/2, а если «вниз» — то спин –1/2 (причина такого поведения сложных частиц (протона и нейтрона, и других частиц в объёмном представлении) — станет ясной несколько позже).

Рис. 24

Далее, мы будем рассматривать только ядра в состоянии с положительным спином, т. к. ядра с противоположным спином — являются их зеркальными отражениями.

Если вспомнить о плоских представлениях элементарных частиц, очевидно, что при помощи их — нельзя увидеть ядро геометрически правильным. Однако всё становится на свои места, как только мы перешли к объёмным изображениям элементарных частиц, и увидели ядро дейтерия в объёмном представлении.

Геометрическая красота, присущая наглядному строению ядра дейтерия, и замкнутость его фигуры — уже пол-объяснения, почему ядро дейтерия — нерадиоактивно (являясь т. о. одним из двух стабильных изотопов водорода). Кроме того, такое строение — объясняет, почему спины протона и нейтрона в этом ядре одинаковы. Геометрически, это единственно возможная конфигурация ядра дейтерия.

Устройство изотопов ядер первого ряда таблицы Менделеева

Первый ряд таблицы Менделеева, как известно — включает два элемента: водород и гелий. У водорода — открыто 7 изотопов (включая широко известные, первые три — протон, дейтерий и тритий), а у гелия — 8 изотопов (также вместе с широко известными, первыми двумя, гелием-3 и альфа-частицей (= ядром гелия 4)).

Мы рассмотрим, по порядку, строение всех этих изотопов, т. к. именно на этих простых примерах — проясняются простые и естественные (= вытекающие из геометрии), закономерности строения атомных ядер, раскрывающие причины их свойств.

Чуть ранее, мы уже рассмотрели устройство ядер двух стабильных изотопов водорода: протона (т. е. ядра обычного атома водорода), и ядра атома дейтерия, или т. н. тяжёлого водорода.

Итак, идём дальше ядра дейтерия: следующим изотопом водорода — является тритий. Как расположить два нейтрона и протон, чтобы получить ядро трития? Некоторые конфигурации трития, которые можно вообразить — представлены на рис. 25. Из этих конфигураций, правильной — оказывается первая. В ней, кварки нейтронов и протона — находятся наиболее близко друг к другу, а значит связь является наиболее сильной. Также заметим, что как известно, спин ядра трития — равен 1/2. На рис. — наглядно видна геометрическая основа этого значения спина: как уже говорилось, «перевёрнутый» нуклон имеет спин –1/2, а из-за неизбежного наличия в ядре трития (притом в любой из конфигураций) — также и нуклонов спина +1/2, т. е. неперевёрнутых нуклонов, суммарный спин ядра не может быть 3/2.

Рис. 25

Тритий — нестабильный изотоп, хотя нестабильность его — относительно мала (период полураспада — 12,32 года); рассмотрим причину распада — немного позже.