Мир вокруг нас

Представим, что было бы, если бы боковые протоны расположились по одну сторону ядра (спин 1), как на рис. 75. Как видно на рис., в этом случае, боковые протоны тянули бы кварковую плотность нижнего нейтрона — в противоположную сторону от нижнего базового протона. Т. о. они уменьшали бы связь базовых нейтрона и протона, что невыгодно. В случае же симметричного расположения, боковые протоны уравновешивают смещение кварковой плотности, и уже поэтому выгодна именно конфигурация со спином 0 (на рис. 74).

Рис. 75

Распад бериллия 6 с вылетом двух протонов — есть результат перехода боковых протонов на базовый энергоуровень вне ядра (т. к. внутри ядра, все базовые положения уже заняты). Можно представить, что вылет именно двух протонов (в отличие от распада лития-4 и -5, где испускался только один протон) — имеет причиной невыгодность образования, в промежуточной стадии, конфигурации лития-5, показанной на рис. 76. В этой конфигурации, боковой протон уменьшает связь нижнего нейтрона с нижним (базовым) протоном. А именно такая (невыгодная) конфигурация начинает образовываться, как только один из боковых протонов собирается покинуть ядро бериллия-6. Поэтому, чтобы избежать этой невыгодной конфигурации, второй боковой протон — должен вылетать вместе с первым (одновременно), что объясняет канал распада бериллия 6, через вылет двух протонов (табл. 5).

Рис. 76

Структура следующего протонизбыточного изотопа, бериллия-7, имеющего спин 3/2 — показана на рис. 77. Этот изотоп — почти стабилен, и как видно, является аналогом лития-7 (если поменять протоны на нейтроны, в боковом положении). Подобные ядра разных элементов, имеющие одинаковое число нуклонов, а число нейтронов — равным числу протонов у другого изотопа, и наоборот — называют зеркальными ядрами; свойства таких ядер — оказываются схожи (особенно, спектры возбуждённых состояний, а также спины и времена жизни): Так, бериллий-7, как и литий-7 — имеет спин 3/2. По времени жизни, бериллий-7 (53,22 сут.) — также не очень далёк от лития-7 (стабильного изотопа), причём на самом деле, стабильность бериллия-7 — ещё ближе к литию-7, по следующей причине: бериллий-7 — претерпевает распад путём электронного захвата (протон, захватывая электрон из электронной оболочки атома, превращается в нейтрон, испуская нейтрино). Электронный захват — претерпевают ядра, не способные к вылету протона или b⁺ распаду (о последнем — позже), т. е. почти стабильные ядра. В случае бериллия-7, период полужизни — не очень высок (53,22 суток), но в отсутствие электронной оболочки (в состоянии иона), это ядро было бы полностью стабильным [17] (т. е. аналогичным зеркальному изотопу, литию-7).

Рис. 77

У следующего протонизбыточного изотопа, бериллия-8 — период полураспада резко падает, и составляет всего 8,19x10^–17 сек. В природе — не существует стабильных или близких к стабильности, изотопов, с массовым числом (т. е. числом нуклонов) 8, и бериллий-8 — не исключение. Причину этого — можно видеть в наглядной геометрии ядра, что становится возможно лишь на постнеклассическом этапе:

Для ядра бериллия 8, геометрически невозможно построить конфигурацию, которая была бы выгодной, в отношении связывания протонов и нейтронов, по сравнению с двумя свободными альфа-частицами, на которые бериллий-8 распадается. Наиболее вероятный вариант основного состояния бериллия-8 — показан на рис. 78. Этот вариант соответствует требованию симметричности, которое исходит из того, что ядра с чётным числом протонов и нейтронов (т. н. чётно-чётные ядра), во всей таблице Менделеева — имеют спин 0, самое простое объяснение чему — симметричное устройство этих ядер (т. е. зеркальная симметрия между верхней и нижней частью ядра).

Рис. 78

В данном случае, в симметричном строении ядра бериллия-8 — неизбежно наличие кластеров дейтерия. А как известно, связь протона и нейтрона в дейтерии — является наиболее слабой (по сравнению с альфа-частицей, тритием и гелием-3, в т. ч. как кластерами), см. табл. 6. Поэтому протоны в кластерах дейтерия, в бериллии-8 — довольно слабо связаны с нейтронами (хотя эта связь и несколько усиливается спаренностью нейтронов, т. о. связывая один боковой нейтрон, протон связывается и со спаренным нейтроном). С нейтронами же в базовом положении (= нейтронами альфа-частицы, или кора) — эти протоны уже почти не связаны. При этом, находясь на высоком энергоуровне, эти (боковые) протоны, в условиях достаточно слабой связанности с нейтронами — оказываются в состоянии перейти на базовый энергоуровень вне ядра, в случае которого, они захватывают и боковые нейтроны, с образованием т. о. ещё одной альфа-частицы (вне ядра). Ядро бериллия-8 — действительно, распадается путём раскола на две альфа-частицы (вернее, бериллий-8 — испускает альфа-частицу, превращаясь в альфа-частицу, что является примером альфа-распада (с ним — мы сталкиваемся впервые)).

Таблица 6 ^[18]

Энергии связи ядер дейтерия, трития, гелия-3 и гелия-4