ATOMMAG IZOMÉRIA

Az atommag izoméria: a protonok és neutronok elhelyezkedése egymáshoz képest az atommagban.

1. PERMUTÁCIÓK

Minél több részecske van egy atommagban, a protonok és neutronok annál többféleképp helyezkedhetnek el benne egymáshoz képest. A megoldás egy térbeli, geometriai permutáció, egyfajta összerakós játék, ahol három lehetőségünk van:
1. A neutronok egymással szabadon felcserélhetők, ez nem változtatja meg az egyes izomerek tulajdonságait.
2. A protonok egymással egyes esetekben szabadon felcserélhetők, más esetekben viszont nem. Mivel minden protonnak van egy elektron párja, ami az elektronfelhőben valamelyik elektronhelyen lötyög és a nagyobb (13-as tömegszám fölötti) atommagoknál nagyon nem mindegy, hogy ehhez képest a proton hol található az atommagban. Konkrétan: lesznek helyek az atommagban, amik nem illenek az elektronhéjban lévő helyekhez, vagyis ha ott marad a proton, az elektronja addig ügyeskedik, ficánkol, míg át nem kerül egy másik ülőhelyre, ami neki jobban megfelel. Ha erre nem képes, elképzelhető, hogy a proton fog addig ficánkolni, míg az elektronjához képest jobb vagy jó helyre kerül. Továbbá az is elképzelhető, hogy az atommag forgása, bukdácsolása magával rángatja az elektronokat, egyik helyről a másikra, illetve az elektronok visszahatva adott irányokba, adott sebességgel rángatják, forgatják az atommagot. A két jelenség egymáshoz képesti erőssége különböző, az eltérő tömegek miatt, de nem elhanyagolható mértékű. Viszont az atommag növekedésével gyengül az elektronok összesített rángató képessége, mert a neutronok száma eltér a protonokétól és egyre növekszik, holt súlyként fékezve az atommag rángatását.
Ugyanakkor a kisebb atommagokban nincs jelentősége annak, hogy az elektronok melyik helyeken találhatók a protonjukhoz képest, mert minden proton könnyen elérhető, azaz az atommag felszínén található. Nincs takarásban minden irányból. A 13-as tömegszámnál van a fordulópont, mert 1 részecskét 12 azonos méretű, gömbszerű részecske tud teljesen körülvenni 3D-ben. A 13 részecske esetén (szén izotóp) a középső részecske mindig neutron lesz.
3. A protonok és neutronok egymással nem szabadon felcserélhetők, mert a protonok igyekeznek távol maradni egymástól a magban, a neutronokat használva elválasztó közegnek. Ennek oka a fizikusok szerint a pozitív töltések egymásra gyakorolt taszító hatása, a valóságban azonban a részecskék hullámtereinek egymásra gyakorolt taszító hatásáról van szó, ami a neutronokra ugyanúgy hat. Viszont a neutronok, mint semleges részecskék, amiknek más a hullámterük, nem hatnak ugyanúgy vissza (hanem másképp), tehát a két részecske közti kölcsönhatás gyengébb. Így a részecskéket összetartó erőnek kevésbé tart ellen. Ha két vagy több proton mégis egymás mellé kényszerül, akkor igyekeznek egy gömbhéjon tartózkodni, nem sugárirányban lesznek szomszédok. Tehát egy proton nem szeret egy másik proton alatt tartózkodni a mag belsejében (középen vagy egy belső gömbhéjon), mert onnan nehezebben tudja az elektronját kilökdösni magából az elektronhéjba (elméletileg), illetve visszafogadni. Ha mégis ilyesmire kényszerül, az akár a mag bomlásához is vezethet.

Ebből következik, hogy a nagyobb atommagoknak többféle izomerje lehetséges. Ezek száma tömegszámonként (izotóponként) különböző, de a tömegszám növelésével nem feltétlenül növekszik (egyes esetekben stagnálhat). Továbbá: a lehetséges izomer formációk közt vannak stabilabbak és instabilabbak. Ha egy izotópnak nincs stabil izomerje, akkor bomlékony atom lesz (rövid életű). Ha nincs instabil izomerje, akkor tartós atom lesz (hosszú életű). Egy izotópnak lehet több stabil és instabil atommag izomerje is egyszerre, amik egy anyagi halmazban valamilyen arányban fordulnak elő. Hogy mikor, hol, mekkora ez az arány, az valószínűleg függ az egyes izomerek stabilitásától, illetve a különböző izomerek egymásba való átalakulásának könnyedségétől vagy nehézségétől, hogy a protonok milyen könnyen tudnak a számukra kedvezőbb pozíciókba helyezkedni a magban, annak felbontása nélkül.

Az izomerek közti oda-vissza átalakulások könnyedsége valószínűleg függ az atom elektron szerkezetétől és a gerjesztettségi szintjétől is. Mivel egy forróbb (szabad fényben gazdagabb) atommagban a részecskék valószínűleg jobban taszigálják egymást, tehát lazábban illeszkednek, nem szorulnak össze. A radioaktív bomlás sebessége (a mag szétesésre való hajlama) függ az instabil izomerek gyakoriságától és a mag átalakulási képességétől, hogy mennyire könnyen formálódhat át és eközben mennyire könnyen eshet szét. Azaz a radioaktív bomlás függ a hőmérséklettől. Vagyis a "felezési idő" nem állandó.
Kiegészítés: Ide tartozik a gyorsulás (mozgási energia) okozta atommag torzulás témaköre is. Mert szerintem az is növeli a radioaktív bomlás valószínűségét valamekkora (kisebb) mértékben, ahogy az izomerek közti átalakulásokat is könnyebbé teheti.

Ha egy atommagnak több stabil izomerje van, ezek egymáshoz viszonyított darabszáma (hogy n db atommagban hány db van egyszerre az egyes stabil izomer formákból) valószínűleg különböző lesz. Ha a stabil izomerek közti átalakulás nehezebb (vagy lehetetlen egy adott hőmérsékleten), mint az instabil-instabil izomerek közti vagy az instabil-stabil izomerek közti, akkor beszélhetünk izomer átalakulási utakról. Egy útnak egy vagy több lépése lehet, amely során egy adott instabil izomer részecskéi fokozatosan, lépésenként addig rendeződgetnek, helyezkednek, amíg el nem érik az első stabil izomer szerkezetet. Amennyiben többféle instabil izomer forma lehetséges, elképzelhető, hogy ezek mind egyféle stabil izomer formába rendeződnek, de az is, hogy mindegyik különböző stabil izomer formába rendeződik (vagy a kétféle módszer keveredik valamilyen módon, valamilyen arányban, különböző tényezők hatására). Vagy az instabil izomerek átalakulgatnak egymásba, keresve a jelenleginél stabilabb izomer formát, amit vagy megtalálnak vagy nem.

2. ÁTALAKULÁSI UTAK

Az átalakulási utak gráfokkal jól ábrázolhatók, bár ettől még nagyon messze vagyunk a fizikában, a konkrét átalakulások és izomerek ismeretének hiányában. Ráadásul valószínűbb, hogy az instabil izomerek előbb elbomlanak egy másfajta izotópra, annak egy valamilyen stabil vagy instabil izomerjére, minthogy sikeresen átrendeződjenek egyfajta izotópon belül stabil izomerré. Nyilván ez is hőfüggő.

Egy proton sokkal könnyebben tud az atommag felszínén odébb gördülni és más magrészecskék társaságába helyezkedni, mint az atommag belsejében, ahol 12 részecske veszi körül szorosan. Viszont emiatt könnyebben le is szakadhat megfelelő erőhatásra az atommagról. Ha az atommag felszínén nem összefüggő a külső részecske réteg (héj), azaz vannak benne hiányok, lyukak, akkor ezekbe könnyebben átmozdulhatnak a külső réteget alkotó protonok és neutronok, egymást is taszigálva. A proton áthelyeződése egy atommag izomer átalakulási lépésnek felel meg, mintha egyik helyről (gödörből) a másikba kerülne át. Egy helynek összesen 12 közvetlen szomszédja van, de ezek egy része foglalt vagy magon kívüli hely, azaz ha oda ugrik át a részecske, akkor elszakad az atommagtól (radioaktív bomlás történik). Egy lépéshez minimum egy szabad, magon belüli hely kell, enélkül nem lehetséges az áthelyeződés. De valószínűbb, hogy két egymás melletti szabad helyre van szükség az áthelyeződéshez, hogy az egyikbe átugró részecskének legyen mozgástere, ne legyen szoros, szűk a környezete. Ebből következik, hogy a stabil izomerek és a stabil izotópok valószínűleg olyan atommagok, amik szerkezete kompakt, tehát nem teszi lehetővé az átalakulásokat, mert a részecskék nem tudnak hová átugrani.

Egy példa: A szén 12 atommag áll középen egy neutronból (0. héj), körülötte az első részecskehéjon 5 neutronból és 6 protonból. Ha ehhez hozzácsapunk még egy neutront, akkor az nagy valószínűséggel a 2. héjban fog helyet találni magának. Majd az őt érő különféle erőhatások miatt egyik üres, elfoglalható helyről a másikra ugrál a 2. héjban, egészen addig, míg vagy ki nem ugrik egy magon kívüli helyre (radioaktív bomlás) vagy rá nem talál az 1. héjon lévő üres helyre, amit elfoglalhat. Ha ide beugrik, az 1. héj telítődik, az atommag kompaktá válik, a szén 13 izotóp tehát stabil lesz, mindegyik izomerjével ezen a konfiguráción belül.

3. KONFORMÁCIÓK ÉS KONFIGURÁCIÓK

Itt fölmerül az atommag konformáció és konfiguráció definiálásának szükségessége, mert ezen szavak jelentése különbözni fog a kémiában használt fogalmaktól:
1. Atommag konformáció: a formailag ugyanúgy kinéző atommag izomerek csoportja, amik elforgatással vagy tükrözéssel átvihetők egymásba (a halmaz egészének egyforma alakúsága). Egyes atommagoknak (izotópnak) csak egy, másoknak több konformációja lehetséges.
2. Atommag konfiguráció: egy atommag konformációs csoporton belül egy izomer, ami a protonok és neutronok egymáshoz viszonyított térbeli elhelyezkedésében különbözik a többi izomertől (a halmaz elemeinek különböző helyzetei, figurái). Egyes konformációknak csak egy, másoknak több konfigurációja lehetséges.

Ezzel kapcsolatban fölmerül számos kérdés, amikhez a következők az előzetes sejtéseim:
1. Vajon a különböző konformációk izomerjei egyformán stabilak vagy nem?
Sejtésem szerint ez az izotóptól függ, tehát egyes atommagoknál a válasz igen, másoknál nem lesz.
2. Vajon egy konformációban az egyes konfigurációk egyformán stabilak vagy nem?
Sejtésem szerint ez az izotóptól függ, tehát egyes atommagoknál a válasz igen, másoknál nem lesz.
3. Vajon minden konformációban ugyanannyi konfiguráció lehetséges?
Sejtésem szerint ez az izotóptól függ, tehát egyes atommagoknál a válasz igen, másoknál nem lesz.
4. Vajon léteznek egy atommag izotópnak különböző konformációjú, de azonos proton konfigurációjú izomerjei, amik csak a neutronok konformációjában különböznek?
Sejtésem szerint ez az izotóptól függ, tehát egyes atommagoknál a válasz igen, másoknál nem lesz.

Mindezekből következik, hogy bőségesen lesz még mit kutatni a fenti témákban, amiben nagy segítséget fognak jelenteni a 3D-s számítógépes atommag modellek. Sok évvel ezelőtt vettem sok fehér és sárga ping-pong labdát, hogy összeragasztgatva őket, megvizsgáljam az atommag izoméria témakörét. De nem sokra jutottam vele, mert nagyon sok ping-pong labda kellett volna a modellezéshez egy idő után, amire nem volt pénzem. Ráadásul megfelelő ragasztóm sem volt, olyan, ami úgy tartja együtt a labdákat, hogy könnyen szétszedhetők maradjanak, ne törjenek össze, ha szétszedem őket, hogy másféle konformációba vagy konfigurációba rendezem a modellt. A sejtések geometriai modellekkel könnyen igazolhatók vagy cáfolhatók lesznek, viszont a fizikai megfelelőik az atommagok kis mérete miatt nehezen lesznek meghatározhatók mérésekkel.

4. A PROTON FELSZÍNE

Most térjünk vissza a Permutációk fejezet 3. pontjához: A proton azért "szeret" az atommag felszínén, a külső részecske rétegben (héjon) tartózkodni, mert ilyenkor az elektronja viszonylag könnyen ki-be járkálhat belé. Az elektron nem egyszerűen kimegy a neutron bomlásakor és tartósan kint grasszál, hanem adott gerjesztettségi tartományban adott ütemben ki-be ugrálgat belőle, ahogy a protonban pattogó szabad fotinók kipofozzák a helyéről. Ahogy a protonban pattogó szabad fotinók pattogási üteme és iránya megváltozik vagy megszöknek belőle, átmenetileg megszűnik a kikényszerítő hatás és az elektron ekkor visszaugorhat a protonjába. Feltéve, hogy semmi nem állja útját, például egy másik proton vagy neutron, ha a saját protonja nem a külső héjon van, hanem valahol beljebb. Vagy magának a protonnak a felszíne.

Az elektron ki-be ugrálgatását nehezíti, hogy valószínűleg nem tetszőlegesen ugrálhat kifelé-befelé, hanem csak a proton felszínét alkotó THZ-k közt megjelenő lyukon keresztül. És ugye nem tudjuk, hány ilyen lyuk van, mekkorák, milyen alakúak, egymáshoz képest hol helyezkednek el, hogyan (milyen irányba és sebességgel) mozognak a részecske felszínén, változnak-e a méreteik és az alakjuk, bezáródhatnak-e ideiglenesen? stb. stb.

Ha az elektron szeretne beugrani, de a proton épp rossz szögben áll, nem fordítja felé a lyukát, akkor nekicsapódik a THZ-inak és visszapattan róluk. Azt nem tudjuk, hogy az elektronnak hány próbálkozásra van szüksége a bejutáshoz, tehát milyen atommag izoméria esetén, milyen gerjesztettségi szinten, hányszor megy neki a proton THZ-inak, mire egyszer eltalálja a lyukat és bejut. Viszont ez a jelenség tartja fönn az atomot, megakadályozva, hogy összeomoljon neutronokból álló maggá. Ennek köszönhető, hogy a hidrogén atomok a világűr vákuumában, abszolút nulla fok közelében sem omlanak össze egyetlen neutronná vagy ha mégis, nem maradnak úgy sokáig (a kozmikus sugárzás hamar elbontja őket). Ennek köszönhető, hogy semmilyen anyagnál (izotópnál) nem figyeltünk még meg atom összeomlást neutronmaggá, alacsony hőmérsékleten (abszolút nulla fokon sem). Ahogyan a kémiai elemek (izotópok) sem alakulgatnak át csak úgy egymásba (nem könnyű ólomból aranyat csinálni). És ennek köszönhető, hogy a részecskék nem állnak meg abszolút nulla fokon sem, vagyis vidáman tovább grasszálnak egymás körül, ami mozgási energiát jelent és ebből következően nem abszolút nulla fokot, hanem annál valamivel magasabbat (de ez már definíciós probléma, amivel küzdjenek csak a fizikusok, akik nem határozták meg pontosan a hőmérséklet fogalmát).

Azt sem tudjuk, hogy az elektron átmérője hogyan aránylik az atommagot alkotó neutronok és protonok közti résekhez, azaz a három szomszédos magrészecske közti hézaghoz, amin vagy átfér vagy nem. Ha átfér, akkor könnyen bejuthat az atommag belsejében rejtőző proton párjához is. Amibe vagy be tud jutni vagy nem. Erre utalnak azok a súlyzó alakú elektronpályák, amik átvezetnek az atommagon, mintha az ott se lenne. Ennek köszönhető, hogy létrejöhetnek nehéz elemek is, vagyis egy neutron elbomolhat egy atommag belsejében is, kieresztve onnan az elektronját, ha a körülmények megengedik.

Azt viszont nem tudjuk, hogy a különböző elemek miért nem alakulnak át könnyen egymásba? Mitől őrzik meg tartósan a protonszámukat? Miért nem bomlik el egy atommag összes neutronja protonra? Ha ez megtörténik, a protonmag szétesik és az anyag plazma állapotba kerül (hidrogénre bomlik, az meg szétesik egymástól elszakadt protonokra és elektronokra). Jelenleg ez az időfizika egyik legjelentősebb megválaszolatlan kérdése (a sok közül, mint például a proton és elektron töltés jelenségének pontos leírása), amire már 10 éve sem találtam logikus választ, amikor először belefutottam a problémába. Döntő jelentőségét az adja, hogy enélkül nem létezhetne a világunk, hisz minden anyag vagy neutronmagokból vagy protonmagokból állna, azaz nem lenne rengetegféle izotóp atom.

5. A PROTON FORGÁSA

A proton forgása nem tekinthető valódi forgásnak, mivel nem egy szilárd tárgyról van szó, aminek az egymáshoz rögzített alkotóelemei a közös tömegközéppont körül keringenek az egész forgása közben. Helyette egy egészen más jelenség játszódik le, amire nincs analógia a makrovilágban, ezért csupán körülírni tudjuk. A proton kb. százezer fotinó együtteséből álló rendezett időhurok sokaság, amik több, időfraktálnak nevezett csoportba szerveződnek az egymásból való elágazásaiknak megfelelően, az időhurok elágazási rendszerek képződését szabályozó fizikai-geometriai szabályok szerint. Bentről kifelé haladva a fotinók száma gyorsabban nő, mint a rendelkezésükre álló térfogat, ezért a megsűrűsödésük során a kibocsátott spirálgömbi hullámtereik egyre görbültebb állapotban haladnak át egymáson. A hullámterek taszítási vektorainak eredői alakítják ki a THZ-kat, azaz azokat a Taszítási HatárZónákat, amikbe belépve egy fotinó már annyira deformálódna miattuk, hogy az túlmegy a behúzási tartományán, a deformálhatósági korlátján. Ezért kénytelen rugalmasan eltaszítódni. Ez okozza a THZ-k fotinók általi áthatolhatatlanságát, látszólagos keménységét. Amikor két részecske érintkezik, például összetapad az atommagban (mert a részecskék fotinói beleülnek a másik részecske körüli hullámtér potenciálgödreibe), a THZ-ik egymásba hatolnak és kölcsönösen taszítják a másik THZ-t keltő fotinóit. Vagyis a gömbszerű, de nem gömb alakú részecskék egymásba nyomódnak, mint a hógolyók. Ettől csökken a három szomszédos részecske közti háromszög alakú hézag is, amin az elektronok és a szabad fotinók átférnek. A gerjesztettségi szint növelése feszesebbé teszi a hógolyókat, amik valamivel kevésbé fognak egymásba nyomódni, de a THZ-ik nem válnak szét, továbbra is áthatolnak egymáson.
Megjegyzés: Arra a kérdésre most nem térek ki, hogy a fentiekből következően THZ-k a részecskék belsejében is kialakulnak, vagyis az időtartály nem egy üres labda lesz, hanem inkább egy tükörterem, amiben itt-ott THZ-k lebegnek, amik mérete, alakja, mozgása, állásszöge, élettartama (állandó vagy feltűnő-eltűnő) egyelőre ismeretlen. Ezeknek köze van a fizikusok által kvarkoknak nevezett beltéri jelenségekhez.

A proton forgása nem az őt alkotó időfraktálok térbeli körbekeringését jelenti, hanem a belőlük áradó komplex hullámtérben kialakuló eredő interferenciajelenségek körbeáramlását. Ez tehát egy látszólagos mozgás: belül az időfraktálok pulzálva, lüktetve állnak, kívülről nézve úgy tűnik, mintha eszelősen pörögne a részecske időtartály káprázata. Mivel sok ilyen van, ezek különböző irányokban látszódnak mozogni és mivel transzcendensek, simán áthatolnak egymáson, mintha ott se lennének. Úgy néz ki az egész, mintha a proton héját alkotó, belülről emanációs sebességgel keletkező és kifelé megszűnő hullámréteg darabkák, mint valami dombok vagy lencsék vagy pikkelyek, bonyolult módon körbevándorolnának a felszínjelenségen, egymástól függetlenül, egymáson is folyton keresztülhaladva, különböző irányokban. Ebben a kavargásban van megfigyelhető ritmus, ismétlődés, amiből levezethető a spin fogalma. A spin tehát nem forgás, hanem keltési jelenség ismétlődés. Amiről nem tudjuk, hogyan változik a gerjesztettségi szinttől függően, illetve hogyan befolyásolja az atommagban körülötte lévő többi részecske hullámtere, továbbá az elektron pillanatnyi tartózkodási helye?

Ha a proton felszínén kialakuló lyuk egy THZ hiány a körbeáramló jelenség ismétlődésben, akkor logikusan ez nem körpályát fog leírni, hanem attraktorszerűen fog bolyongani a felszínen, nehezen meghatározható módon (irányokba és sebességgel). Az is lehet, hogy a lyuk nem állandó jelenség, hanem pulzáló: ami időnként, bizonyos helyzetekben feltűnik, majd eltűnik. Amennyiben a lyuk épp fedi azt a pontot, ahol a részecske összesimul valamelyik szomszédos részecskével az atommagban, akkor THZ-k hiányában nem fogja eltaszítani azt magától, hanem úgymond közelebb engedi magához egy picit. Amennyiben a lyukak szinkronizáltan találkoznak, azaz a másik részecske is épp a lyukával fordul felé, a két lyuk nem fogja eltaszítani egymástól a részecskéket, amik mélyebben egymásba hatolhatnak egy rövid időre, ha van megfelelő összekényszerítő erő. Mintha csókolóznának a kisgömböcök, összetapadnak a "szájuknál" fogva. Ugyanakkor ez elvileg meggyengítheti az őket összetartó erőt is, mert nem tudjuk, hogy a részecskéket összetartó potenciálgödrök körülöttük milyen térbeli eloszlási mintázatot követnek és ez hogyan függ össze (összefügg-e?) a lyuk meglétével, méretével, helyzetével? Ha igen, úgy a két részecske, megfelelő eltaszító erők (bennük pattogó fotinók) esetén akár szét is válhat: eltávolodhatnak vagy elszakadhatnak egymástól. Ez elvileg megkönnyítheti a radioaktív bomlást, illetve az izomerek közti átalakulásokat, lehetővé téve a részecskék másik atommag helyre való átugrását.

Készült: 2020.12.13.

Következő írás

Vissza a tartalomhoz