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Kernring-Orbitale...
Neue
Kernmechanik -
Neue Lösung
:

Die neue Lösung bringt für das Kernmechanische Modell eine weitere Verbesserung bei der Beschreibung einiger wichtiger Eigenschaften der Atome und ihrer Kerne.
Erstmals können nun viele relevante Kernparameter wie Dipolmomente, Kernformen und Kernspin - samt ihren Vorzeichen -, aber auch die sog. magischen Zahlen abgeschlossener Kernschalen in überzeugender Weise direkt vom Modell abgeleitet werden.

Kernmechanisches Modell - neu

Verbessertes Kernmechanisches Modell

Wie schon erwähnt, hat das Kernmechanische Modell immer wieder sprunghafte Veränderungen durchlaufen und ist dabei auf Grund von Plausibilitätserwägungen nun erneut zur (ursprünglichen) tangentialen Spinausrichtung der Ring-Nukleonen zurückgekehrt. Zudem führt eine wichtige Beobachtung, nämlich die auffällige Überkreuz-Übereinstimmung der Dipolmomente bei C-13 und O-15, bzw. N-13 und N-15 - aber dies nicht allein - noch zu einer weiteren Korrektur:

Bei einem rein mechan(ist)ischen Modell tatsächlich naheliegend, sollten, einer begründeten Annahme zufolge, die in den Kernringen einander direkt gegenüberliegenden Nukleonen - mit sodann antiparallelem Spin! (auf Grund eben dieser Spinpaarung) - energetisch eigentlich bevorzugt sein.

Daß dies offenbar wirklich so ist, hat sichtbare Konsequenzen nicht nur für C-12 (= He-6 + Be-6), sondern ebenso für C-13 (= He-6 + Be-7) und N-13 (= Be-6 + Li-7); - wobei die hier unterschiedlich groß erscheinenden Dipolmomente - genau komplementär zu N-15 und O-15 - jeweils aus den deformierten / gestauchten 7er-Ringen resultieren. Auch bei O-17 und F-17 ist das ähnlich, nur daß jetzt in beiden Fällen die Grundstruktur C-11 in Form einer “liegenden 8” (und 1,913 MK) übereinstimmt, - jedoch zum einen durch einen (voll spinkompensierten) He-6- und zum anderen durch einen (etwas schräg stehenden) Li-6-Ring mit sodann 4,706 MK ergänzt wird (was bei vektorieller Addition eben zu 4,722 MK führt).

Zum Vergleich: Bei F-19 (2,6287 MK) und Ne-19 (-1,886 MK) bleibt der ergänzende, von Hause aus perfekt spinkompensierte Be-8-Kernring (wie oben bei N-15 und O-15) stets unverändert, weshalb das resultierende Dipolmoment hier ganz augenfällig nur von der anderen Struktur, der “liegenden 8”, genauer gesagt: von deren mittlerem Nukleon herrührt.

Für C-12 ff. kann dagegen als Resümee festgehalten werden: Nur die völlige, mit je einem He-6- und Be-6-Kernring mögliche, Spinpaarung (3) der gegenüberliegenden Nukleonen im Grundzustand von C-12 (das bisherige Kernmodell ist dann der zweite angeregte Zustand!) liefert nun auch die “richtigen” ergänzenden Spiegelringe Be-7 bzw. Li-7. Für die Kernmechanischen (Elektronen-)Orbitale, KMO, maßgebend sind folglich alle Nukleonen, - was aber bei C-12/13 absolut irrelevant ist und beim weiter oben unter Kernmechanik Update ausführlich behandelten B10-Ikosaeder sicher nur von Vorteil!

Was übrigens die oberen drei angeregten Zustände von C-12 anbelangt, die dann gemeinsam mit B-12 und N-12 ein sogenanntes Isospin-Triplett bilden sollen, so sind diese offenbar nur als energetische Zerfallsprodukte der Schwester-Nuklide, zu verstehen;- jedoch nicht als eigenständige Kernstrukturen im C-12-Termschema.

Da nunmehr praktisch alle grundlegenden Regeln (um nicht zu sagen: Gesetze) der Kernmechanik festliegen, ist es jetzt sehr sinnvoll, beim Kernmechanischen Modell quasi nochmals bei Null anzufangen: Deuterium mit dem Spin 1+ und dem magnetischen Dipolmoment 0,857406 MK ist danach die erste und einzige stabile Verbindung aus Proton und Neutron. Sie findet sich dann aber ebenso durchaus noch als zentraler Bestandteil von Li-6 und Li-7 wieder. Die dort im ersten Fall senkrechte und im zweiten Fall schräge Achsstellung zeigt sich hernach wiederum in deren Dipolmoment und Parität.

Auf Grund der oben besprochenen Kernmechanischen Spinpaarung kommen auch Tritium und He-3 in ihrer U-förmigen Nuklidanordnung zum Kernspin 1/2+ und dem Dipolmoment 2,97885, bzw. -2,12755 MK. Alle diese Eigenschaften zusammengenommen gestatten übrigens auch die Ableitung aller Fusionsparameter zum perfekt spingepaarten He-4.

Das mit -0,0011 leicht negative Quadrupolmoment folgt bei Li-6 sodann sichtbar wiederum der leicht diskusförmigen Kernstruktur, wie ebenso der etwas vergrößerte Wert von -0,040 bei Li-7;- wobei man sich tunlichst ím Klaren darüber sein sollte, daß das Quadrupolmoment von Li-7 bei einem senkrecht in Richtung der Deuterium-Achse wirkenden Dipolmoment noch stärker negativ ausfallen müßte, jedoch niemals größer als Null sein kann!

Streuexperimente mit polarisierten Li-6- und Li-7-Kernen von P. Egelhof, K.-H. Möbius und E. Steffens (“Physik mit ausgerichteten Atomkernen” in Die Naturwissenschaften 8/1981) - Schema-Abbildung oben, Darstellung der Meßergebnisse unten - bestätigen ganz deutlich die diskusförmige Gestalt von Li-7 und lassen überdies den Eindruck zu, daß Li-6-Kerne womöglich dann eher verlorengehen, wenn ihre zentrale Deuterium-Achse zerstört wird.

Be-9 ist dann wahrscheinlich aus einem spinkompensierten He-6-Ring und einer C-förmig gebogenen, dort eingepaßten He-3-Achse aufgebaut und das Kernmechanische B-10-”Sandwich”-Modell mit seinem exakt dem Meßergebnis entsprechenden Dipolmoment wurde ja schon ausführlich diskutiert. Bei B-11 und C-11 befände sich das nächste Nukleon dann zwischen den beiden Kernringen.

Nach den bereits oben besprochenen Folgekernen bleiben noch C-14 und N-14: Während aber C-14 nach allem vorher gesagten nur aus einem Be-8- und einem He-6-Ring zusammengesetzt sein kann, erschiene ein nicht spinkompensierter für N-14 eigentlich wenig logisch, sodaß nun für dessen Grundzustand eine andere, wahrscheinlichere Alternative ins Spiel kommt: Wenn es hier nämlich zwei Sandwichringe He-6- und Be-6 gäbe, in denen auch noch ein Deuterium-Kern steckte, stimmten letztlich wieder alle Parameter mit den Meßdaten überein.

Es bleibt also festzustellen, daß mit Hilfe des Kernmechanischen Modells weiterhin nicht nur die schweren und schwersten Kerne richtig hergeleitet werden können, sondern daß dies in überzeugender Weise grundsätzlich jetzt für alle Kerne möglich ist, - was ebenso für die Atomspektren gilt.

Atomspektren, Quantensprünge und Photonen - neues Modell

Wenn denn also alles “nur” (Kern-)Mechanik ist, wie muß man sich dann die Vorgänge im Atom vorstellen, welche demnach zur Emission von Photonen, d. h. Lichtquanten mit einem genau definierten Energiespektrum, führen?

An anderer Stelle ist hier ja zuvor schon einmal auf den Mechanismus der Strahlungsemission eingegangen worden. Dabei ist allerdings anzumerken, daß die dort gegebene Interpretation dem Stand des Kernmechanischen Modells von Mitte 2000 entspricht, aber eben nur eine von mehreren Möglichkeiten darstellt! - Ebenso wie die Quantenmechanik ging auch dieses Modell von sogenannten Quantensprüngen aus; - d. h. in dem zunächst auf Messungen beruhenden Termschema eines neutralen Atoms sollte die jeweilige Differenz zwischen den diskreten Energieniveaus zweier benachbarter Terme dadurch zustande kommem, daß bei der Absorption (bzw. Emission) von Licht ein Elektron von einer tieferen Bahn auf eine höhere gehoben wird (bzw. eben in der umgekehrten Richtung springt).

Kernmechanisch schien diese Interpretation jedoch unbefriedigend, zumal die Rolle, welche die Elekronen im Atom spielen und ihre jeweilige Position dort durch das verbesserte Kernmechanische Modell nun schon ziemlich genau definiert werden kann. Wie schon erwähnt kreisen die Elektronen ja nicht primär um den Atomkern, sondern - wie alle Elementarteilchen - erst einmal um sich selbst (d. h. durch ihren Spin und den Neutrinowind um ihren virtuellen <eigentlich leeren> Schwerpunkt). Somit wäre ein weiteres Modell denkbar, wo auf den gegenüberliegenden Leitern eines kernspinbasierten Koordinatensystems, in dessen Mittelpunkt der Atomkern steht, sodann in regelmäßigen Abständen Orbitale existieren, welche nun nach bestimmten (Coulomb u. a.) Regeln mit Elektronen besetzt werden.

Durch die auf den Orbital-Positionen - etwa durch Stoß - zu Schwingungen angeregten Elektronen wären zwar viele Beobachtungen (endliche Breite und Stoßverbreiterung der Energieniveaus, Einfluß der Kernmasse usw.) erklärbar, allerdings käme nun der sogenannte Lauf-Term, etwa beim Wasserstoffatom - wie die Alkali-Dublettstruktur und die Multiplettstruktur allgemein - erst durch ein zweites Elektron zustande, was jedoch stets ein negativ ionisiertes Atom erforderte; - und kein neutrales! -

Angesichts der weiter fortbestehenden Schwierigkeiten, sämtliche bislang bekannten Tatsachen in einem widerspruchsfreien Modell zu vereinigen, ist es sicher sinnvoll, die diesbezüglichen kernmechanischen Parameter nochmals zu rekapitulieren: Wenn also ein zunächst um seinen Schwerpunkt (nicht den Kern!) - s. o. - kreisendes negativ geladenes Elektron mehr oder weniger dezentral auf den positiv geladenen Atomkerns zustürzt - nur bei genau zentraler Annäherung ergibt sich eine den Kern einschließende s-Bahn (mit dem “Bahndrehimpuls” Null) -, ändert kernmechanisch gesehen das Elektron mehrfach sprunghaft seine Bahn, wobei der Durchmesser bis zum jeweiligen Grundzustand des Systems immer weiter abnimmt.

Nach klassischer quantenmechanischer Auffassung wäre nun jeder dieser Quantensprünge immer verbunden mit der Aussendung je eines Photons. Schon Albert Einstein hat hierzu einmal sinngemäß bemerkt, manche Leute glaubten zu wissen, was Photonen seien - da täuschten sie sich aber wohl! - Tatsächlich sind mittlerweile in einer Reihe von immer ausgeklügelteren Experimenten erstaunliche “Kunststücke” mit Photonen gelungen, von denen das instantane “Beamen” oder “Teleportieren” nur die spektakulärsten sind. Festzuhalten bleibt also, daß es die von Einstein kritisierten spukhaften Fernwirkungen, wo bestimmte quantenphysikalische Eigeschaften (auch Lichtjahre) weit voneinander entfernter miteinander verschränkterTeilchen instantan, also unmittelbar zeitgleich - z. B. durch eine Messung -, für beide festgelegt werden, offenbar wirklich gibt.

Es muß an dieser Stelle betont werden, daß hier zwischen zwei Arten von quantenphysikalischer Unschärfe zu unterscheiden ist: Zum einen geht es um die Heisenbergsche Unschärferelation, welche ja durch die geforderte Korrelation von Impuls- und Ortsunschärfe eines Teilchens die gleichwohl gefundenen kernmechanischen Modelle auf der Grundlage von gebundenen Nukleonen fälschlicherweise verbietet. Zum anderen geht es nun um ganz anders geartete quantenphysikalisch unbestimmte Superpositionszustände, deren endgültige Definition danach etwa erst über eine Messung erfolgt.

Wenn aber bei besagten miteinander verschränkten Photonen tatsächlich erst nach der regulären Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit der Austausch von Information nun instantan erfolgt, könnte man jetzt die berechtigte Frage stellen, warum dieser Übertragungsmodus nicht auch bei sonstigen Quanten - sprich Photonen (die es dann eigentlich nicht mehr brauchte) - wirksam ist? Die Photonen würden einfach durch die originären Quantensprünge ersetzt und die Ausbreitung des Lichtes erfolgte durch elektromagnetische Wellen. - Auf diese Weise würde beiden dualen Bestandteilen Rechnung getragen!

Kernspin und Kernstrukturen in Modell und Wirklichkeit

Doch zurück zum Kernmechanischen Modell: Wenig einsichtig an der zuvor ausgeführten tangentialen Spinausrichtung der Ring-Nukleonen ist in der Tat, weshalb das Quadrupolmoment von Li-7 nun negativ ist, das von B-10 jedoch positiv oder weshalb die beiden 5er-Ringe bei B-10 nicht einfach ineinander verschränkt sind, sondern parallel, als Sandwich angeordnet?! Wenig plausibel scheint ebenso, weshalb etwa bei O-(und F-)17 kein Gebrauch gemacht wird von der energetisch offenbar so vorteilhaften Spinpaarung einander im Ring direkt gegenüberliegender Nukleonen! -

Mittels radialer Spinausrichtung paßt jedoch alles - wie von selbst - genau richtig zusammen: Bei O-17 weist dann nämlich, passend zum negativen Quadrupolmoment, der Dipolmoment-Vektor des mittleren Neutrons gerade senkrecht und symmetrisch aus der zu einer “liegenden 8” verschmolzenen Doppelring- bzw. Papierebene. Das ebenfalls korrekte Dipolmoment scheint fast trivial, stimmt aber ebenso für F-17, wenn man nun annimmt, daß - aus energetischen und Stabilitätsgründen - das mittlere, fest umschlossene Neutron auch hier erhalten bleibt und dafür ein auf der Nuklid-Hauptachse außen liegendes Neutron jetzt in ein Proton (mit zum inneren Neutron senkrecht stehender Dipolachse) umgewandelt wird.

Für die Kernspin-Quantenzahl heißt es dann allerdings Abschied nehmen von der scheinbar so naheliegenden Vorstellung, daß die Spinpaarung in einem Kernring für die beteiligten Nukleonen hier schon automatisch zum Kernspin Null führen müßte. Vielmehr ist dann die Anordnung der Nukleonen als Ladungsträger zur Symmetrieachse maßgebend für den gemessenen Kernspin;- bei O-17 mit einem voll spinkompensierten - symmetrischen - 6er-Ring hier eben gerade 5/2+ (1/2+ bei +0.87 MeV, s.: Abbildung oben!

Da bei O-17 und F-19 jeweils fast die gleichen Kernspinzahlen auftreten, ist es allein schon darum interessant, einmal zu untersuchen, weshalb bei F-19 (und Ne-19) der Grundzustand 1/2+ beträgt und nicht 5/2 wie bei O-17. Offenbar liegt dies daran, daß der mittlere Be-8-Ring hier wegen seines größeren Durchmessers einen nach außen gerichteten Druck auf die aus elf Nukleonen bestehende Grundstruktur des Nuklids ausübt, die deshalb nur bei konjugierter Nukleonenanordnung auch gegen Zerreißen stabil bleibt.

Während demnach die Nukleonen-Konfiguration der einen Kernringstruktur für die Kernspin-Quantenzahl bestimmend ist, geht offenbar eine weitere, mit der ersten verschränkte Struktur nicht immer direkt in den Kernspin ein, sondern bestimmt - durch ihre Symmetrie - ggf. auch lediglich, ob die Parität nun positiv oder negativ erscheint.- So sollte etwa ein 7er-Kernring gemäß Übersichtstafel Fig. 5a für sich allein genommen den Kernspin 1/2+ haben; der C-13-Grundzustand ist (wegen schräg stehendem He-6-Ring) aber 1/2-!

Entgegen einer früheren Annahme ist des Weiteren davon auszugehen, daß bei Li-6 in einem teilkompensierten 6er-Kernring das gegenüberliegende Proton und Neutron mit entsprechendem Dipolmoment jeweils zum Kernspin 1 (im nicht kompensierten Ring zu 0) koppeln,- siehe auch Grundzustand (sowie erster angeregter Zustand) von N-14. Reicht es nun aber bei einem bestimmten Nuklid, z. B. F-20, anders als bei Ne-20 nur zu zu zwei (von drei) voll kompensierten Kernringen, dann können aus geometrischen Gründen - wegen des geringeren Nukleonenabstands - auch schon mal die 6er-Ringe energetisch bevorzugt sein.

Da hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nur Beispiele aufgeführt wurden, wo sich die maßgeblichen Kernspins verschiedener Kernringe vorwiegend parallel oder senkrecht zueinander orientieren, ist hoffentlich aber gerade deshalb deutlich geworden, daß Modell und Wirklichkeit in bemerkenswerter Weise übereinstimmen.- Um auch weiterhin einen kritischen Vergleich zwischen der radialen und der tangentialen Ausrichtung des Kernspins innerhalb des Kernmechanischen Modells zu ermöglichen, ist der erste - ansonsten ebenfalls nur teilweise(!) - überholte Abschnitt dieses Kapitels dennoch unverändert erhalten geblieben.

Kernmechanik versus Superstrings

Die Ende der 60er Jahre entwickelte Stringtheorie, welche auf rein mathematischer Basis eine Beschreibung der Kräfte in den Atomkernen (und darüberhinaus) ermöglicht und dabei bestimmte, zuvor unlösbare Probleme - z. B. das Auftreten unendlich großer Anziehungskräfte zwischen den Elementarteilchen vermeidet, ersetzt diese, zuvor eher punktförmig aufgefassten Partikel durch unendlich dünne Fäden (Strings).

Die etwa zu einem Kreis geschlossenen Strings sollen des weiteren in verschiedenen definierten Eigenfrequenzen schwingen und auf diese Weise die unterschiedlichen Elementarteilchen generieren können, aber außerdem auch genau die richtigen Teilchen liefern, die nunmehr als Gravitonen für die Vermittlung der Schwerkraft zuständig wären. “Einziger” Schönheitsfehler: Die Stringtheorie funktioniert nur mit insgesamt mindestens zehn, besser elf Dimensionen, wovon folglich wenigstens sechs über die beobachteten drei Raumdimensionen, plus eine weitere Zeitdimension, hinausgehen würden und deshalb irgendwie unsichtbar “eingerollt” sein sollten. - Auf Grund ihrer Kleinheit von lediglich 10-33 cm erscheint jedoch jede Art von Beobachtung und somit jeder direkte Existenzbeweis praktisch ausgeschlossen!

Interessanterweise ähnelt nun die neue Kernmechanik der Stringtheorie in mancherlei Beziehung auf geradezu verblüffende Weise. Das Realistische Kernmechanische Modell geht ja gerade von einer Modellvorstellung aus, bei welcher sich alle Elementarteilchen - bei Abwesenheit sonstiger Felder - ständig auf Kreisbahnen um ihren eigentlich leeren, virtuellen Schwerpunkt bewegen, was wiederum durch das Zusammenwirken von “Neutrinowind” und Teilchenspin bewirkt wird.

Das Ergebnis sind jedenfalls wie bei den Strings unendlich dünne Teilchenbahnringe, die sich hier aber ganz konkret - beispielsweise beim fraktionierten Quanten-Halleffekt oder den mittels Rastertunnelmikroskop  sichtbaren drei Elektronenbahnen im Benzolring - manifestieren. Unendlich große Anziehungskräfte werden gleichermaßen vermieden, Gravitation und auch die Antigravitation werden richtig wiedergegeben;- und das alles in den drei natürlichen Raumdimensionen.  Gerd Schulte

 

     Kernmechanik

       Superstrings

Vermeidung unendlich großer Teilchen-Kräfte im Nahbereich

                 ja

                   ja

Anzahl der Dimensionen

               3 + 1

               10 + 1

Newton-Gravitationsgesetz - innergalaktischer Bereich

                 ja

                   ja

Anti-Gravitation (Expansion) am Rand des Universums

                 ja

                 nein

Fortsetzung: Kernmechanik - neue Lösung

       Optimiertes Modell  

--- 29. 10. 2001 - Update (2. Teil): 5-2005
---  Kernmechanik - neue Lösung ---

Streuung von polarisierten Li-6- und Li-7-Kernen. Experiment-Schema: oben und Meßergebnisse: unten

Strahlungsübergänge bei Alkalimetallen

Spektren von Wasserstoff, Lithium und Natrium - die Energieniveaus der D-Terme sind nahezu gleich

Kernmodell von O-17 bzw. F-17, zerlegt in 11-Nukleonen-Grundstruktur - zwei miteinander verschmolzene 6er-Ringe mit gemeinsamem mittleren Nukleon (Neutron) - und weiteren (mit der Grundstruktur verschränkten) voll spinkompensierten 6er-Ring:

Das Kernmodell von F-17 unterscheidet sich vom obigen Modell nur insofern, als ein auf der Nuklid-Hauptachse außen liegendes Neutron durch ein Proton ersetzt ist

Das Kernmodell von F-19 (Ne-19) besitzt im Grundzustand eine konjugierte Nukleonenanordnung, vergl.: Zeichnungen - Fig. 5b oben

Neue gewaltige Teilchenbeschleuniger sollen bald Beweise für die zusätzlichen Extradimensionen der Stringtheorie liefern. So “könnten im neuen Genfer Superbeschleuniger LHC nicht nur normale Elektronen entstehen, sondern auch solche mit bis zu vierfacher Masse - quasi hervorgebracht durch die (sechs) Extradimensionen. Dies wäre dann ein deutlicher Beweis, daß wir in einer höherdimensionalen Welt leben,” - so der französische Physiker Pierre Binetruy im Oktober 2001 auf einem Workshop am Forschungszentrum DESY in Hamburg.

Die Baukosten für den LHC - geplante (Wieder-)Inbetriebnahme 2006 - haben sich inzwischen um eine Milliarde DM erhöht. Dennoch verbieten sich etwaige Vergleiche mit ähnlich lautenden Ad hoc Mitteilungen am Neuen Markt der Frankfurter Börse, da die Wissenschaft bekanntlich nur auf den Gewinn von Erkenntnis und nicht von Geld abzielt!? Allerdings liefert das Kernmechanische Modell ein Mehrfaches an Erkenntnissen zu einem Bruchteil der Kosten des LHC.

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