Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein
kernmechanisches Modell, welches basierend auf einfachen
geometrischen Grundannahmen die direkte Ableitung wichtiger kern-
und atomphysikalischer Parameter, insbesondere der
magnetischen Dipolmomente und der gerichteten chemischen Bindungen
gestattet, wobei die praktische Umsetzung vom einfachen
Perlenmodell über eine aktive oder passive zwei- oder
dreidimensionale elektromagnetische Simulation der Nukleonen-
Momente bis zur exakten Computer-Simulation der Kerne, Atome
und Moleküle und ihrer Bindungen reicht.
In einer Offenlegungsschrift des Deutschen Patentamtes <1>
ist bereits ein kernmechanisches Verfahren angegeben, das auf
einem einfachen geometrischen Modell mit zu Ringen
zusammengeschlossenen Nukleonen basiert, wobei z. B. zwei ineinander
gefügte 6er-Ringe C-12, zwei 8er-Ringe O-16 oder acht 8er-
Ringe Zn-64 ergeben. Vor allem 8er-Ringe können danach auch
noch bedeutend längere (geschlossene) Ketten bilden, die ggf.
wiederum als große Ringe zweiter Ordnung ineinandergefügt
oder durch große Knoten mechanisch stabilisiert sind und so
zugleich ein - energetisch günstiges - möglichst kleines
Volumen erreichen.
Wenn diese Stabilisierung - im Bereich der seltenen Erden -
jedoch nicht möglich ist, kommt es bei schnellerer Rotation
zum Auseinanderziehen der Kette, was dann zum sprunghaften
Anwachsen des Trägheitsmomentes, dem sogenannten Backbending-
Effekt führt. Weitere Argumente gegen den quantenphysikalisch
unterstellten dominierenden Einfluß einzelner durch Coriolis-
Kräfte aufgebrochener Neutronen-Paarbindungen mit besonders
hohem inneren Drehimpuls (13/2) werden später noch angeführt.
Wo die Kette, etwa bei Blei, zu einem stabilen, mehrfach
gewundenen Kranz verflochten ist, wird kernmechanisch die
(symmetrische) Spaltung erst durch den Beschuß mit
hochenergetischen Alphastrahlen möglich, während im Bereich von Uran
die lediglich durch zwei dünne Kettenstränge verbundenen
beiden "Cluster-Knoten" bereits durch thermische Neutronen
(unsymmetrisch) getrennt werden können. Dies gilt zwar im
Ergebnis auch für die (wieder symmetrische) Spaltung von
Fermium, das wie Blei womöglich ebenfalls eine - an sich
stabile - Kranzstruktur aufweist, welche jedoch wegen der
dreifachen Umschlingung unter einer sehr großen Vorspannung
steht.
Inwieweit noch schwerere Kerne, etwa mit einem Atomgewicht
von A = 272 oder größer, die nach dem kernmechanischen Modell
etwa aus einem großen zentralen Ring und vier dort
aufgereihten kleineren Ringen zweiter Ordnung bestehen sollten,
zumindest ähnlich langlebig sein könnten, wirkt nach den zuvor
getroffenen Feststellungen eher unwahrscheinlich und läßt
wenig Hoffnung für das Gelingen entsprechender Experimente.
Wesentlich erfolgversprechender erscheint darum zunächst die
Beschäftigung mit den Elementen am Anfang und in der Mitte
des chemischen Periodensystems. Eine genaue kernmechanische
Analyse führt über die davon abgeleitete "Kernphysikalische
Chemie" dann weiter zu einem besseren Verständnis der
chemischen Bindungen in der Theorie und Praxis: Immerhin konnte so
bereits die aus zwei komplementären 5er-Kernringen bestehende
Kernstruktur etwa von Bor-10 ermittelt und das magnetische
Dipolmoment des Nuklids auf fast 1 Promille genau berechnet
werden <1>. Die 5er-Kernringe finden sich auch makroskopisch
wieder in den ebenfalls "fünfeckigen" bortypischen Ikosaeder-
Kristallen. Das gleiche Prinzip der Selbstähnlichkeit
(Fraktale) gilt auch für Kohlenstoff (6er-Ringe), Sauerstoff usw.
Insgesamt scheint jedenfalls die zu beobachtende
Übereinstimmung der kernmechanisch-geometrisch möglichen Strukturen
mit den tatsächlich existierenden Nukliden, incl. den "Inseln
der Stabilität" schon jetzt bemerkens- und überprüfenswert.
Kernmechanische Erklärung quantenphysikalischer Probleme
Während bislang stets argumentiert wurde, bestimmte
physikalische Probleme ließen sich nicht "klassisch", sondern nur
quantenphysikalisch erklären, scheint es bei genauerer
Betrachtung eigentlich eher umgekehrt. Sogar das Paradebeispiel
der Quantenphysik, der sogenannte Tunneleffekt, läßt sich
unmittelbar kernmechanisch einfach und anschaulich begründen:
Wo quantenphysikalisch gesehen - auch im Vakuum - Felder
zunächst einmal einfach da sind, bzw. durch den Austausch
virtueller Teilchen, z. B. Photonen, (nach der
Unschärferelation sogar mit negativer Geschwindigkeit) erzeugt werden
sollen, sind sie nach einer kernmechanischen Arbeitshypothese
die Folge des alldurchdringenden "Neutrinowindes", der -
ähnlich der Brown'schen Molekularbewegung - impulsartig Kräfte
auf Materie (Gravitation) und Partikel (elektromagnetische,
schwache und starke Kernkraft) übertragen kann.
Mag das zunächst nur wie eine reine Spielerei mit Begriffen
und Erklärungsmustern aussehen, so steht praktisch,
insbesondere in der Astrophysik, doch schon mehr dahinter. Obwohl z.
B. das Gravitationsgesetz, wonach die entsprechende Kraft mit
dem Quadrat der Entfernung abnimmt, überall im Weltraum in
gleicher Weise gelten sollte, scheint dies mit der konkreten
Beobachtung, etwa von außen durchweg zu schnell rotierenden
Galaxien, nicht übereinzustimmen. Auch die zur Erklärung des
Phänomens notwendige zusätzliche Masse in Form von dunkler
Materie konnte bislang nicht in hinreichendem Umfang
aufgefunden bzw. plausibel gemacht werden.
Hingegen ist der erwähnte, allgegenwärtige,
materiedurchdringende Neutrinostrom natürlich nicht überall gleich groß,
obwohl scheinbar viele der hochenergetischen ("Bor"!-)Neutrinos
der Sonne gar nicht erst auf der Erde ankommen, d. h. demnach
wahrscheinlich unterwegs in ihrer Energie nivelliert werden.
Wenn sich im Experiment die verschiedenen Neutrino-Arten
tatsächlich ineinander umwandeln, deutet das kernmechanisch
weniger auf Wechselwirkungen untereinander hin, als vielmehr
auf solche - nachzuprüfenden(!) - mit Materie (Spin); - sodaß
dann in einem astronomisch begrenzten Bereich ein weitgehend
isotropes Übertragungsmedium mit einer statistisch konstanten
Lichtgeschwindigkeit "c" entsteht (wobei auch die Achsen von
Koordinatensystemen zu fernen, oft sehr schnell rotierenden,
Galaxien nicht notwendigerweise starr wären, sondern sich
"frei" in alle Richtungen verdrehen, verbiegen oder im
Extremfall wie eine Spiralgalaxie sogar aufwickeln könnten!).
Daß die Lichtgeschwindigkeit eben nur eine statistische
Konstante ist, enthüllten andererseits ebenso in sehr kleinem
Maßstab bereits verschiedene "Tunnel(effekt)-"Experimente,
z. B. mit Mikrowellen in eingeschnürten Hohlleitern oder
ultrakurzen Laser-(Im)Pulsen und entsprechenden optischen
Hindernissen in der Laufstrecke, die für kurze Entfernungen
- neben einer enormen Signalabschwächung - sogar Werte von
3c und mehr ergaben.
Während die quantenmechanische Interpretation nun doch einige
gedankliche "Klimmzüge" mit dem Tunneleffekt erfordert,
wonach etwa c weiterhin konstant bliebe, dafür aber die
eigentliche Tunnelstrecke dann simultan (mit unendlich großer
Geschwindigkeit) durchquert würde, ist die kernmechanische
Erklärung - nicht nur hier - wesentlich einfacher und
einsichtiger:
Da die - vermutlich ruhemasselosen - Partikel des
Übertragungsmediums "Neutrinowind" sich eben nicht alle mit gleicher
Gruppengeschwindigkeit bewegen, sondern statistisch einige
wenige (absolut immer noch sehr viele!) mit mehrfacher
Lichtgeschwindigkeit c, erfolgt im (frequenzmäßig) selektierenden
Hochpass nun eine Selektion nach der Wellenlänge, wobei eben
nur Signale mit kürzerer Wellenlänge, demnach also auch: nur
mit höherer Geschwindigkeit den "Tunnel"-Engpass passieren
können.
Geradezu schon unverhältnismäßig wirkt auch der Aufwand, der
getrieben wird, um "nichtlokale" Fernwirkungen nachzuweisen,
die sich scheinbar bei speziell miteinander korrelierten
Photonen nach dem paarweisen Durchlaufen von durch
Strahlenteiler aufgespaltenen und wieder zusammengeführten Lichtwegen
nach der Registrierung in besonderen Koinzidenz-Detektoren
ergeben. Dabei scheint es viel naheliegender, nicht einfach
weiter auf einer jeweils getrennten statistischen Behandlung
der paarweise stattfindenden Ereignisse nach den geltenden
Regeln zu beharren und den Ausweg in "Nichtlokalitäten" zu
suchen, sondern eher die Regeln selbst in Frage zu stellen.
Alles andere läßt sich dann ganz zwanglos mit der offenbar
bestehenden absoluten Korrelation und der Wellennatur des
Lichtes erklären. Wenn es etwa um zwei Wellenlängen ginge,
statt um zwei verschiedene Polarisierungszustände "0°" und
"90°" (±0° oder vielmehr: ±45°?!!), wäre ja die hierbei
festgestellte Korrelation auch nicht weiter erstaunlich!
Zweifel an dem quantenphysikalisch prinzipiell ausschließlich
statistisch beschreibbaren Verhalten von Elementarteilchen in
atomaren Dimensionen, welches nicht nur dem Pauli-Prinzip und
der Unschärferelation unterliegt, sondern zudem auch noch von
der Beobachtung selbst abhängt, sind lange nach "Schrödingers
Katze" heute mittlerweile offenbar eher verpönt.
Für viele Physiker ist die "bewährte" Quantentheorie nicht
nur ein unentbehrliches Werkzeug bei der täglichen Arbeit,
sondern sie betrachten diese darüberhinaus quasi als höhere
Stufe physikalischer Welterkenntnis, die es lediglich
kontinuierlich weiter auszubauen gelte. Dabei wird allerdings
übersehen, daß in der Vergangenheit jeder wesentliche
Fortschritt vielmehr sprunghaft, als stetig erfolgt ist <2>.
Um der wohlverstandenen physikalischen Erkenntnis am besten
Rechnung zu tragen, haben sich etwa seinerzeit "die Ionischen
Naturphilosophen daher geweigert, ihre Theorien gegen Angriffe
zu schützen und haben sie in einer Form entwickelt, die der
Kritik die größtmögliche Chance gibt, und die damit auch der
Natur die größte Chance gibt, etwaige Fehler aufzuzeigen."
<3> Vielleicht ist jetzt, nachdem neueste Messungen zumindest
Zweifel am sogenannten Standardmodell der Elementarteilchen
incl. Quarks nahelegen, endlich auch das
Neu-über-alles-Nachdenken wieder auf der Tagesordnung; zudem ähneln die heutigen
"Symmetrien" doch sehr den überholten Lehren des Aristoteles!
Kritische Überprüfung kernmechanischer Strukturen
In der bereits genannten Offenlegungsschrift <1> ist u. a.
schon eine sehr genaue Berechnung des magnetischen
Dipolmoments für das aus zwei 5er-Kernringen bestehenden Nuklid
Bor-10 angegeben. Dagegen erscheinen jedoch viele der dort
schematisch als 2-D-Darstellung aufgeführten Kernstrukturen
noch nicht zwingend, bzw. diese stimmen nicht unbedingt auch
mit den durch Messungen ermittelten Kernformen <4/5> überein,
was insbesondere auf die Nuklide nahe der zweiten "magischen"
Kernschale 8+8, also O-16 zutrifft. Das aus zwei senkrecht
zueinander stehenden 8er-Kernringen zusammengesetzte
O-16-Nuklid, <1> Fig. 6, erscheint in horizontaler Achse eher
langgestreckt, obwohl O-16 tatsächlich aber Kugelgestalt hat!
Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe
zugrunde, erstens die genannten Fehler zu beseitigen, zweitens ein
zuverlässiges kernmechanisches Modell anzugeben, aus welchem
sich möglichst viele gewünschte Eigenschaften der Nuklide,
der Atome und ihrer Verbindungen, einschließlich der ihrer
grundlegenden Strukturen herleiten lassen. Dieses soll auf
einfachen geometrischen Grundannahmen basieren und die
direkte Ableitung wichtiger kern- und atomphysikalischer Parameter,
insbesondere der magnetischen Dipolmomente und der
gerichteten chemischen Bindungen gestatten, wobei die praktische
Umsetzung vom einfachen Perlenmodell über eine aktive oder
passive zwei- oder dreidimensionale elektromagnetische
Simulation der Nukleonen-Momente bis zur exakten
Computer-Simulation der Kerne, Atome, Moleküle und ihrer Bindungen reicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
jeweils zwei Protonen oder Neutronen verschiedener Kernringe
dieses Modells bei paralleler Ausrichtung ihrer Spinachsen
sich gegenseitig teilweise derart durchdringen, daß ihre
Gesamtlänge etwa dem Anderthalbfachen und ihr Dipolmoment
annähernd dem eines einzigen Nukleons entspricht, Fig. 1.
Nachdem nun das Grundprinzip der "magischen Kugel-Schalen"
erst einmal richtig erkannt und eingeführt ist, ergeben sich
weitere wichtige Folgerungen hieraus danach fast von selbst:
Wie soeben aufgezeigt resultiert der "magische"
Schalenabschluß bei O-16 (8+8) offensichtlich daraus, daß aus zwei
senkrecht zueinander stehenden - realen - Be-8-Kernringen
eine - ebenso reale - beinahe perfekte runde Nukleonen-Kugel
gebildet wird - dazu noch gleich mehr! -, wobei die Kernringe
nicht bloß wie Kettenglieder ineinandergefügt erscheinen,
sondern durch zwei Nukleonenpaare mit parallelem Spin quasi
zu einer Einheit "zusammengeschweißt" werden, Fig. 1.
Die jeweilige deformierte Kernform und das Vorzeichen des
Quadrupolmoments: +, also prolat (d. h. zigarrenförmig) oder:
-, also oblat (diskusförmig) der nicht so magischen
Nachbarnuklide ergibt sich dabei ebenfalls höchst anschaulich direkt
aus dem einen (von vier) abweichenden Kernringsegment(en),
welche ja nur beim magischen O-16 alle gleich sind, Fig. 2.
Zu beachten ist nun allerdings, daß sich eine Kugel von einem
Ring meßtechnisch - zumindest im Grundsatz - nicht
unterscheidet, Beispiel: Li-6. Wegen der statistischen Vielzahl der
Messungen in Richtung des Dipolmomentes und senkrecht hierzu,
wo praktisch alle Ausrichtungen im Raum gleich oft vorkommen,
erscheint der Ring in der Wahrscheinlichkeitsverteilung quasi
um seine Dipolachse rotiert als eine Kugel. Übrigens, gerade
das in (leider oft älteren) Tabellen und Grafiken aufgeführte
Quadupolmoment gibt am Ende sehr wertvolle Strukturhinweise!
Während die Dipolmoment-Berechnung für C-13 bis F-17 danach
schon relativ brauchbare Werte ergibt - C-13: 0.699 (0,70238
= Meßwert) MK, N-13: 0,181 (0.3221) MK, N-15: 0,181 (0,28309)
MK, O-15: 0,699 (0,719) MK, O-17: -1,800 (-1,89370) MK - auch
das Vorzeichen des Quadrupolmoments stimmt - sowie F-17:
5,073 (4,722) MK, tritt der genannte Verschmelzungseffekt bei
B-10 noch gar nicht auf; - daher also die bereits zitierte
erstaunliche Genauigkeit in der früheren Rechnung!
Bei einer eingehenderen Betrachtung der Fig. 2 wird übrigens
nicht nur deutlich, daß sich im Falle von O-16 die
Dipolmomente der oberen und der unteren drei Nukleonen gegenseitig
kompensieren, sondern auch in der Summe mit nur 0,088 MK kaum
etwas zu den Gesamtmomenten von O-17 und F-17 beitragen.
Deren Dipolmoment wird also fast allein von den oberen beiden
Nukleonen bestimmt! Im Bild von O-17 weist der resultierende
Vektorpfeil demnach nahezu horizontal nach rechts.
Wichtig ist dann weiter insbesondere aber, daß auch andere
auffällige Kerne wie etwa das sehr kompakte und in seiner
Kernform "nahezu entartete" Si-28-Nuklid kernmechanisch sehr
überzeugend erklärt werden können, was die chemischen
Bindungsstrukturen mit einschließt:
Zwei Li-6-Ringe koppeln demnach an den gegenüberliegenden
Protonen eines der beiden Be-8-Ringe der zentralen
(kugelförmigen) O-16-Struktur an, so daß diese nun - anders als bei
C-12 - beide in einer Ebene zu liegen kommen und damit u. a.
die zu C-12 sehr unterschiedlichen chemischen Eigenschaften
begründen. Die dritte magische Kernschale entsteht u. a.
dann, wenn wiederum auch noch die beiden restlichen
gegenüberliegenden O-16-Protonen mit Li-6-Ringen bestückt werden
(Ca-40).
Chemische Valenzstrukturen und Bindungswinkel
Interessant ist aber auch eine weitere kritische Würdigung
der vom jeweiligen Kern abhängigen chemischen Eigenschaften:
Wenn allein schon die äußere Ähnlichkeit der chemischen mit
den Kern-Strukturen - 6er-Ringe beim Kohlenstoff, 5er-Ringe
beim Bor <1>, auffällig genug wirken, so ist die
Übereinstimmung der sonst noch mit den Bindungen verknüpften
Parameter erst recht frappierend.
Für eine Vielzahl von (nur durch den Zeitaufwand bislang noch
begrenzten) Molekülen, insbesondere aus den Elementen
Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff oder Bor konnten bereits die
beobachteten Erscheinungen wie etwa Bindungswinkel, Para- und
Diamagnetismus, Ionenladung der Radikale, Mesomerie (mit
"delokalisierten" Elektronen), Einfach oder Doppel- bzw.
Dreielektronen-Bindungen usw. usw. bisher schon - offenbar
absolut zutreffend - abgeleitet werden.
Nunmehr neu kommen jetzt weitere, besonders charakteristisch
erscheinende Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen hinzu. Dazu
ist zunächst allerdings nochmals ein Rückgriff auf die
tatsächlich etwa bei N-14 und N-15 vorliegenden Kernstrukturen
notwendig. Bei der in der Kernstrukturen-Tafel I aufgeführten
6- plus 8-Ring-Anordnung für N-14 ist nun offenbar
entscheidend, daß sich die Dipolmoment-Vektoren von drei Protonen auf
einer gemeinsamen Bindungsachse befinden, zu der die beiden
je von einem 6-Ring-Proton allein bestimmten im Winkel von
120° stehen und, senkrecht zur Ebene der anderen, dann die
Valenzachse der restlichen beiden 8-Ring-Protonen.
Doch zurück zum bereits erwähnten Stickstoff-Atom und dessen
interessanten Verbindungen mit Sauerstoff. Wenn bei NO2+ und
seinen beiden echten Doppelbindungen zweimal zwei
Elektronenpaare auf der N-14-Hauptachse und der zweiten, senkrecht dazu
stehenden, jeweils zugleich auch auf den ebenfalls
rechtwinklig angeordneten O-16-Nebenachsen einen gemeinsamen Bindungs-
Platz einnehmen, sind diese N-14-Achsen am Ende (beidseitig)
voll mit Elektronenpaaren besetzt. Ein überzähliges Elektron
wird abgestoßen (+) und der Bindungswinkel beträgt 180°.
Beim neutralen NO2 wird dagegen ein Elektronenpaar der
Hauptachse als Kopplungspunkt durch ein Elektron auf einer 120°-
Nebenachse ersetzt, welche aber zur anderen bindenden
Nebenachse wiederum den (für Sauerstoff) "richtigen" 90°-Winkel
aufweist. Der resultierende O-N-O-Gesamtbindungswinkel liegt
schließlich - ohne Berücksichtigung der Ladungsverteilung -
mit 138,6° nur wenig über den tatsächlich beobachteten 134°.
(Eine gleichartige erste Rechnung für NO2 mit dem seltenen
Stickstoff-Isotop N-15 ergibt einen bis zu 10° kleineren
Bindungswinkel, während es nach weiteren Überlegungen eher
etwa 5° mehr sein sollten. Die Frage der
Bindungswinkelunterschiede bedarf also dringend der experimentellen Überprüfung!
Das N-14-Elektron auf der anderen 120°-Nebenachse bleibt nun
- insbesondere bei höheren Temperaturen - ungepaart und
bewirkt damit den für NO2 charakteristischen Paramagnetismus,
- oder aber es koppelt mit dem Elektron eines zweiten
Moleküls zum wenig wärmebeständigen spiegelsymmetrischen N2O4.
Da dies alles in einer 2-D-Zeichnung kaum darstellbar ist,
empfiehlt sich die Anfertigung von 3-D-Draht- od.
entsprechenden Computer-Modellen. Das gilt selbstverständlich auch
für die adäquate Simulation der genauen
Elektronen-Bindungsstrukturen sonstiger komplizierter Moleküle, wo es eben mit
dem bloßen Zusammenstecken von Modellkügelchen nicht getan
ist. Offenbar stellt nämlich die gebräuchliche MO-Methode mit
ihren Sigma- und Pi-Bindungen oder durch "Mesomerie"
delokalisierten Elektronen eine zu grobe Vereinfachung der
wirklichen Zustände dar, was dann umgekehrt schon wieder zu einer
kontraproduktiven Komplizierung insgesamt führt.
Isomerie-Unterschiede der Bindungswinkel verschiedener
Isotope sind sicher nicht bei linear gebauten 3-atomige Molekeln
wie CO2 oder NO2+ zu erwarten, wohl aber schon beim zuletzt
besprochenen gewinkelten NO2 oder dem ebenfalls gewinkelten
NO2--Ion mit 115,4°, das seinerseits wiederum als Teil des
planaren NO3--Ions (Aufbau analog zu CO32-) mit jeweils 120°
aufgefaßt werden kann, wobei allerdings schon der - zuletzt
geringere - Ladungseinfluß deutlich wird.
Wenngleich dies möglicherweise schon ziemlich am Rande der
Meßgenauigkeit liegt, wäre es u. U. schließlich auch noch
besonders aufschlußreich, ferner einmal nachzuprüfen, ob die
bekanntermaßen lineare CO2-Molekel in Verbindung mit den
Kohlenstoff-Isotopen C-13 und -14 wirklich vollkommen linear
ist, d. h. ob der Bindungswinkel in der Tat nicht doch etwas
von 180° abweicht?!
Das verbesserte kernmechanische Modell und seine Ergebnisse
Während gerade bei den Überlegungen des letzten Abschnitts im
wesentlichen das schon bekannte Modell <1> die
Arbeitsgrundlage bildete, wonach allein die Spin-Achsen der Protonen
ebenso für die Anordnung der Elektronen im Atom maßgebend
sind, ist dieser Grundsatz nun nicht mehr länger zu halten.
Wie eigentlich schon durch den Isospin-Formalismus und den
Vergleich der Kernspin-Zahlen, z. B. von Spiegelkernen,
nahegelegt wird, müssen Protonen und Neutronen im allgemeinen und
natürlich auch im kernmechanischen Modell gleich behandelt
werden. Daß die praktische Umsetzung dieser Erkenntnis nicht
schon früher erfolgte, liegt daran, daß "bewährte" Vorurteile
bekanntermaßen oftmals besonders zäh und langlebig (!) sind.
Zudem ist es meist ziemlich schwierig, etwa zwischen
Vorurteil und gesicherter "wissenschaftlicher Erkenntnis" zu
unterscheiden, die ja doch - bis zum Beweis des Gegenteils -
de facto eben identisch sind; siehe nochmals Aristoteles und
die jahrhundertelang gültigen, inzwischen aber überholten
"Erkenntnisse" der Vergangenheit.
Womöglich ist hier aber ein freier Forscher und Erfinder
etwas im Vorteil gegenüber dem strengen Wissenschaftler der
"reinen" Lehre, der ja systembedingt am unbewiesenen Neuen
zweifelt, während er, auf der Suche nach neuen und besseren
Lösungen, naturgemäß gerade am Alten und Bewährten zweifelt.
So löst sich denn gleich ein schwieriges Problem der
Kernmechanik auf einfache Weise: Aufgrund des beim Stickstoff
auftretenden Bindungswinkel von exakt 120° muß N-14 aus einem
8er- und einem 6er-Ring bestehen. Für das ohne Gammastrahlung
zerfallende C-14 schien dies jedoch nicht in Frage zu kommen:
Bei einem He-6-Kernring liegen die beiden Ring-Protonen im
Winkel von 180° genau gegenüber. Da sie nunmehr aber
gemeinsam mit den Ring-Neutronen die Elektronen-Konfiguration
bestimmen, steht demnach auch für C-14 dieser Bindungswinkel
zur Verfügung und erst wenn zusätzlich das zweite Tetraeder-
Winkelpaar vonnöten ist, kommt es zu einer kleinen sterischen
Spannung, die jedoch noch "gut innerhalb der Toleranz" liegt.
Durch die beiden Kernringe unterschiedlichen Durchmessers
führt dies bei den wahrscheinlich diesbezüglich kritischeren
N-14-Protonenpaarbindungen zu einer kleinen Unsymmetrie,
welche dann eventuell z. T. auch für das gegenüber Li-6 etwa
halbierte Dipolmoment mitverantwortlich sein könnte. Wie noch
vieles andere, bleibt dies zunächst aber nur eine mehr oder
weniger gut begründete Spekulation. Eine weitere, als
zusätzliche Erklärung für die lange Halbwertszeit und den
"No-Gamma"-Zerfall von C-14 wäre dann die, daß im Gegensatz zu N-14
dort eine doppelte Neutron-Neutron-Bindung im Grundzustand
wirksam ist.
Es muß also bei derartigen (Zer-)Fällen zuvor offenbar stets
erst eine genügend große statistische Abstandsschwankung bzw.
Drehung wirksam werden, bevor dann der eigentliche, an sich
schon relativ seltene, d. h.: unwahrscheinliche Beta-Zerfall
stattfinden kann, was u. a. ebenso für Be-10, C-11 und N-13
- die letzten beiden allerdings nur mit rund 20 bzw 10
Minuten Halbwertszeit - oder auch für Si-32 und P-32 gilt. Im
übrigen weisen derartige Mutter- und Tochter-Nuklide aber
immer eine gleichartige Ring-Grundstruktur auf.
Noch etwas irregulär erscheinen dabei die erstgenannten
Nuklide, quasi aus einer Übergangsphase der Kernbindungen vor
dem Abschluß der zweiten "magischen" O-16-Kernschale, wo es
maximal eine Nukleonen-Paarbindung mit gleichem Spin gibt.
Bei C- und N-13, mit negativer Parität und dem Kernspin S-
kommt es - wahrscheinlich um die bei etwas größerem Nukleon-
Nukleon-Abstand einzig mögliche energetisch günstige
antiparallele Spinpaarung zusätzlich zu erreichen - anscheinend zu
einer in der Tafel IIa angedeuteten Schrägstellung des einen
Kernrings zum anderen, was eben auch eine Asymmetrie des
gesamten Kerns bedeutet. Eben jene gerade erwähnte, teilweise
kompensierend wirksame, gegenseitige antiparallele
Spinausrichtung ist ganz offenbar auch der eigentliche Grund für die
nicht nur beim N-14-Dipolmoment (ebenfalls bei P-32) zu
registrierende Abweichung von der Vektor-Rechnung.
Die in der Tafel eingezeichneten Punkte markieren übrigens
einzeln und ganz konkret die ungepaarten Nukleonen, die etwas
zum Kernspin beitragen (denn es gibt ja in der Kernmechanik
keine Bahnen mit S- oder 3/2-Nukleonen usw.); ohne daß hier
allerdings eine absolute Garantie für die jeweilige
Richtigkeit im Einzelfall übernommen werden könnte.
Eine asymmetrische Schrägstellung kann natürlich, wie etwa
bei N-15, auch rein mechanisch-geometrische Gründe haben,
wenn sich die Nukleonen eben räumlich gegenseitig verdrängen.
Dies ist selbstverständlich bei der endgültigen, genaueren
Berechnung des Dipolmoments noch entsprechend zu
berücksichtigen!
Ein weiterer, ebenfalls in die Rechnung eingehender Punkt
taucht erstmals in der Tafel IIb bei F-20 als konkret
eingezeichneter Punkt und als durch sin Dreieck symbolisierte
Pfeilspitze auf: Offenbar ist nämlich - ganz im Gegensatz zu
den Pauli-Prinzip-Postulaten - grundsätzlich nicht nur eine
zweifache, sondern hier sogar eine dreifache Spinpaarung der
Nukleonen im F-20- oder Na-21-Kern möglich, und dies auch
noch bei parallelem, statt antiparallelem Kernspin!
Bei den chemischen Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen
- etwa im Butadien-Molekül mit seinen scheinbar
"delokalisierten" Elektronen - wurde ja kernmechanisch bereits eine
andere Durchbrechung dieses Prinzips registriert, zumal sich
dort anscheinend bereits jeweils zwei Elektronenpaare (auf
gegenüberliegenden Seiten) in der "K-Schale" eines einzigen
Kohlenstoffatoms befinden.
Im Atomkern äußert sich die parallele Drei-Nukleonenkopplung
offenbar gleich zweifach: Einmal in einem zusätzlich
wirksamen kleinen Dipolmoment des dritten Nukleons, welches nunmehr
nämlich nicht mehr, wie das zweite, ganz in dem des ersten
aufgeht. Beim Neutron hat dies die Größenordnung von (etwas
mehr als) 0,3 und beim Proton von 0,5 MK. Zweitens geht das
dritte (mittlere) Nukleon ebenfalls in den Kernspin ein und
muß dort mitgezählt werden. Jedenfalls stimmt die Rechnung
bemerkenswert gut mit den bekannten Messungen überein.
Ein anderes Problem stellt sich im Bereich von Natrium und
Magnesium: Bekanntlich sind ja Kernspin und Dipolmoment von
Mg-24, wie bei allen gg-Kernen, jeweils gleich Null.
Besonders das Zweite ist nicht leicht zu erklären, zumal etwa
jedes einseitige Ankoppeln eines weiteren Kernrings an einen
O-16-Kern immer mit einem remanenten Dipolmoment verbunden
wäre und eine lineare Dreierkette sowohl von der
Bindungsenergie, als auch von der (doch nicht ganz so prolaten)
Kernform her gleichermaßen nicht in Frage kommt.
Die einzig mögliche Lösung liegt nun darin, daß durch den in
die O-16-Kugel eingefügten weiteren Kernring daraus ein
länglicher "Football" wird, wobei die Ringe zueinander nicht mehr
im Winkel von 90, sondern nunmehr 60 bzw 120° stehen. Ein
Ring ist dann um "ein Nukleon weitergedreht", weil sich nicht
zwei antiparallele Zenter-Nukleonen direkt berühren dürfen.
Gleichsam die "Hohe Schule der Kernmechanik" kommt dann beim
Nuklid von P-31 zum Tragen: Wegen des minimalen Kernspins von
lediglich S+ ist hier als Ausgangskern nur Ne-19 möglich,
an welchen dann seitlich zwei 6er-Ringe angekoppelt werden,
wobei es wieder (nur) zur teilweisen Spinkompensierung des
zuvor ungepaarten zentralen Neutrons mit demjenigen des Li-6-
Ringes kommt.
Besonders bemerkenswert ist weiter die absolute
Übereinstimmung der Dipolmomente (jeweils 1,0 MK) der im Grundsatz
völlich gleich strukturierten Kerne von S-35 und Ar-37, bei
welchem lediglich die beiden symmetrisch angeordneten
7erdurch 8er-Ringe ersetzt sind. Das gleiche Prinzip kommt
sinngemäß auch bei Cl-36 und K-40 zur Wirkung, wenngleich hier
das "tragende Gerüst" einmal aus einem 8er-Ring und dann aus
einer O-16-Kugel besteht. Die zweite, etwas kompaktere Lösung
bietet den vier, hier an sich alle in einer Ebene liegenden
6er-Ringen aber sowenig Platz, daß es insgesamt zu einer
rosettenförmigen (Schiffs-)schraubenähnlichen Struktur kommt,
was sich auch im daraus resultierenden Kernspin 4- ausdrückt.
Eine vergleichbare Konfiguration wurde wohl deshalb nur noch
beim K-38-Nuklid ausfindig gemacht, während für K-39 wiederum
nur das Einring-Grundgerüst in Frage kommen kann, wobei
freilich noch offenbleibt, ob es sich tatsächlich um einen 12er-
Ring, Lösung A) oder um einen 8er-Ring, siehe die ansonsten
gleichwertige Lösung B) handelt.
Das Prinzip: gleiche Kernstruktur - gleiches Dipolmoment
wurde schließlich auch noch auf der Tafel IId besonders
herausgestellt. Für alle fünf dort aufgeführten
Kernstrukturen bildet nämlich Ne-21 das Grundmuster. Lediglich Si-29 mit
der O-16-Grundkonfiguration weicht - ebenso beim Kernspin
(S+) - etwas mehr vom berechneten Grundwert (-)0,699 MK ab.
Die in den bereits früher erwähnten einschlägigen Atomkern-
Tabellen aufgeführten Quadrupolmomente korrespondieren im
übrigen ausgezeichnet mit den zuvor angegeben Kernstrukturen
und Konfigurationen. Ausnahmen bestätigen dabei offenbar die
Regel: So ist etwa ein Wert von +0,080 bei Cl-35 in keiner
Weise nachvollziehbar; allerdings findet sich in der
Abbildung eines neueren - und wohl auch zuverlässigeren -
Lehrbuches der erwartete, leicht negative Wert <5>.
Modell-Korrekturen, Modell-Ausbau und weitere Konsequenzen
Natürlich darf man nun nicht erwarten, daß das Modell die
physikalische Realität bereits jetzt überall richtig
wiedergäbe oder sich wenigstens asymptotisch dieser automatisch
immer weiter annäherte. Wie bereits erwähnt geht es aber in
der Erkenntnis meist sprunghaft, statt stetig voran.
So erweist sich etwa bei kritischer Nachprüfung die neue
Annahme, daß das Nuklid N-14 (und ebenso C-14) aus einem 6er-
und einem 8er-Ring bestehen sollte - trotz der scheinbar gut
dazu passenden 120°-Bindungswinkel -, inbesondere wegen des
N-14-Dipolmoments letztendlich als unhaltbar. Demnach müßte
man hier also doch jeweils von 7er-Ringen augehen <1>, womit
dann gleichfalls die Überlegungen zu isotopieabhängig
unterschiedlichen Bindungswinkeln zumindest für Stickstoff
weitgehend hinfällig wären. Ebenso ist auch die frühere
Auffassung der aus Deuterium und He-4 bzw. -5 zusammengesetzten
Lithium-Isotope <1> wohl doch die richtige.
Bei weiterer Überprüfung der einzelnen Kernstrukturen in der
Fig. 4 sind vielfach im Detail ebenfalls andere Varianten
möglich oder wahrscheinlich. Darauf kommt es hier aber
zunächst noch nicht so sehr an, als auf die grundsätzlichen
Überlegungen und deren Plausibilität.
Eine wichtige neue Erkenntnis wäre dann z. B. aber die, daß
etwa bei C-12 die beiden Li-6-Kernringe nicht wie zuvor
angenommen zwecks Spinkompensierung antiparallel ausgerichtet
sein müssen, sondern vielmehr parallel: zur energetisch
günstigen paarweisen Spinkopplung der im Einzelring noch
ungepaarten Nukleonen. Auch auf diese Weise am Umklappen
gehindert resultiert daraus zwar ein Kernspin und Dipolmoment von
jeweils Null, aber auch eine Asymmetrie wegen der "Spin-Bahn-
Kopplung" bei der Streuung polarisierter Protonen. Vergl.
hierzu ebenfalls das Niveauschema der A = 12-Kerne, wo beiwi
C-12-Nuklid mit dem beschriebenen Grundzustand zuerst ein
Li-6-Ring durch einen solchen mit gleichmäßiger p-n-p-n-p-n-
Konfiguration ersetzt wird (2+) und danach dann auch der
zweite (0+).
Grundsätzlich können so alle Kernparameter kernmechanisch
zutreffend eingeordnet und beschrieben werden, was aber
ebenfalls noch für weitere Erscheinungen und Kräfte gilt: Die
ganz konkrete Rolle des mechanisch realen Kernspins wurde ja
bereits früher gewürdigt <1>. Angetrieben wird dieser demnach
vom überall wirkenden, aber natürlich nicht überall gleich
großen "Neutrino-Wind", weshalb Materie eben nur bei
entsprechender Anisotropie existiert und eine "Windstärke 0"
umgekehrt mit den großen (weitgehend) materiefreien
Blasenstrukturen im Universum korrespondiert.
Das eben gebrauchte Bild vom "Neutrino-Wind" kann dabei fast
schon wörtlich genommen werden, hat doch ein meteorologisches
Schalenanenometer, ein Instrument zur Messung der relativen
Bewegung der Umgebungsluft (tatsächlich also der "wirklichen"
Windgeschwindigkeit), abgesehen von seiner Größe, mit seinen
drei Schalen insoweit große Ähnlichkeit mit einem Proton oder
Neutron, welches ja bekanntlich gleichfalls aus drei
Elementen, den sogenannten Quarks, aufgebaut ist.
Ein ganzes homogenes Feld voller Windräder würde ebenso
einerseits jeweils gleichen "Spin" aufweisen und andererseits
bei kurzfristigen Schwankungen dank seiner großen
energiespeichernden Masse - analog zur konstanten
Lichtgeschwindigkeit "c" - auch für eine nunmehr konstante
Windgeschwindigkeit sorgen. Würde man einen Ball gegen einen schnell
laufenden Rotor/Propeller schießen, könnte es vorkommen, daß er
stark abgelenkt mit großer Geschwindigkeit wieder
zurückgeschleudert werden würde. Genau dieses ist aber gerade bei
"analogen" Experimenten mit an Protonen gestreuten Positronen
beim Hamburger "DESY" kürzlich sinngemäß bestätigt worden!
Bewegt sich nun ein "elementarer Propeller" relativ zum Feld,
so wirkt bei einer plötzlichen Vorschub-Abbremsung seine im
Vergleich zum Feld abweichende gespeicherte Spin-Energie im
Sinne einer Trägheit in der Bewegungsrichtung. Außerdem sind
bei einer konstanten Relativbewegung dank unterschiedlicher
Spin-Frequenzen entsprechende Interferenzen mit stationären
Elementarteilchen, also "Materiewellen" ebenso zu erwarten.
Der umgekehrte Effekt der Nivellierung höherenergetischer
Neutrinos wurde ja bereits bei aufwendigen Messungen der von
der Sonne empfangenen Neutrinos in Form ihrer deutlich
verminderter Zahl gefunden und als Oszillationen interpretiert.
Ein vergleichbarer Effekt sollte sich aber auch bei
Neutrinoquellen auf der Erde zeigen, wenn nämlich entsprechend viel
Materie in den Strahlengang eingebracht wird.
Im übrigen scheint, neben einer geometrisch konkreten
Darstellung des Atombaus durch die Kernmechanik, darüberhinaus
sogar eine ebensolche Deutung der "Quantensprünge" möglich.
Auch bei Atomen kann von einer Rotation des gesamten Systems
aus Kern und Elektronen um den gemeinsamen Masseschwerpunkt
ausgegangen werden.
Wenn danach etwa ein Elektron aus einer höheren Schale auf
eine tiefere fällt, steigt, bedingt durch die Erhaltung des
Drehimpulses, die Rotationsfrequenz entsprechend sprunghaft
an und führt zur Strahlungsemission, solange, bis das
Elektron durch weitere Stoßübertragung aus dem Umgebungsmedium
wieder seine Standard-Umlaufgeschwindigkeit auf niedrigstem
Niveau erreicht hat und dort dann ohne weitere Energie-Abgabe
oder -Zufuhr quasi im Umfeld sozusagen "mitschwimmt".
Interessant ist dabei im Einzelfall z. B. die kernmechanische
Antwort auf die Frage, warum es es etwa im spektralen
Triplett-System des Helium-Atoms keinen dem Singulett-System
entsprechenden Grundzustand gibt, den es ja bei beidseitig
symmetrischen Elektronenkonfiguration zum Kern eigentlich
geben müßte?! Die Antwort: Ein solcher symmetrischer Zustand
kann elektromagnetische Energie weder abstrahlen noch
aufnehmen, d. h. er könnte seine Konfiguration allenfalls durch
Elektronenstoß verändern.
Zu den bereits weiter oben angesprochenen sogenannten
Quanten-Experimenten, in denen meist bestimmte Interferometer-
Anordnungen eine zentrale Rolle spielen <6>, sollen nur noch
einige kritische Bemerkungen angefügt werden: 1.) Es wird
behauptet, daß es bei entsprechend gefertigten
halbdurchlässigen Spiegel(prisme)n nur vom Zufall abhinge, welchen Weg
ein Photon - mit jeweils 50 Prozent Wahrscheinlichkeit -
nehmen würde. Dank der teilweise polarisierenden
Eigenschaften der Halbspiegelprismen hängt der Weg demgegenüber aber
tatsächlich entscheidend von der jeweils spezifischen
Polarisation des Lichtstrahls ab. Wenn dann 2.) von den
Experimentatoren noch für sich reklamiert wird, daß hierbei sogar
eine praktisch wechselwirkungsfreie Messung möglich sei,
sollten sie dieses auch beweisen, statt lediglich mit der
Unteilbarkeit von Photonen zu argumentieren.
Wenn nun bei einer Messung mit einem blockierten Zweig des
"Mach-Zehnder-Interferometers" das "andere", sonst dunkle
Photometer anspricht, könnte eine einfache Koinzidenzmessung
mit einem zweiten Photometer an Stelle des Hindernisses
unmittelbar darüber Auskunft geben, ob "Photonen" wirklich
unteilbar sind, oder eben nicht.
Um schließlich noch einmal den Schritt von den atomaren zu
den astronomischen Dimensionen zu tun: Sollen die
"Naturgesetze" überall in gleicher Weise gelten? Die Antwort auf die
ziemlich suggestiv gestellte Frage hängt davon ab, was man
denn unter Naturgesetzen verstehen will. Wenn dies allgemeine
(kern-)mechanische Prinzipien sein sollen, dann ja, wenn es
aber um algebraische mathematische Gleichungen und
Naturkonstanten geht, wie z. B. bei der Gravitation, wohl eher nein.
Dehnt sich das Universum immer weiter aus?
Höchstwahrscheinlich ja, was aber nicht unbedingt schon für einen "Urknall"
spricht. Eine neue "Steady-State"-Variante könnte etwa so
aussehen, daß die Elementarteilchen, insbesondere Hadronen
nicht einfach nur paarweise erzeugt werden können, wobei ihr
Energieinhalt äquivalent ist zur Annihilationsenergie.
Wenn demgegenüber auf irgendeine Weise im Universum
tatsächlich vor allem Protonen ohne eine äquivalente Menge von
Antiprotonen entstanden wären, repräsentierten diese eben nicht
einen ihrer Masse entsprechenden nutzbaren Energiegehalt,
sondern womöglich das Gegenteil: daß u. U. nämlich in dem
unbekannten Prozeß, bei dem lediglich die Summe der Ladung
gleich Null geblieben, aber sonst nur "energetischer Müll"
erzeugt worden wäre, sogar Energie - etwa in Form von
Strahlung - freigesetzt worden sein könnte.
Literatur/Quellen
<1> Schulte, Gerd: "Kernmechanisches Verfahren", DE 44 47 426
<2> Sietmann, Richard: "Stetig oder sprunghaft?"
Sendemanuskript, 11. 2. 1988 SFB-I, 21:10-22:30
<3> Feyerabend, Prof. Dr. Paul: "Eigenart und Wandlungen
physikalischer Erkenntnis" Funkuniversität, 22. 9. 1963
RIAS I, 22:00-22:30
<4> Keller, Cornelius: "Atomkerne und magische Zahlen", Bild
der Wissenschaft, 1/74, S. 44-51
<5> Bergmann-Schäfer: Lehrbuch "Experimental-Physik" IV/2,
S. 1212, Abb. VIII.33
<6> Kwiat, P, Weinfurter und Zeilinger: "Wechselwirkungsfreie
Quantenmessung", Spektrum der Wissenschaft 1/97, S. 42-49.
Zeichnungen
Die Fig. 1 zeigt perspektivisch das Zusammenkoppeln zweier
Be-8-Kernringe zum O-16-Nuklid, die Fig. 2 schematisch die
Nuklide nächst der "magischen" O-16-Kugelschale, die Fig. 3
symbolisch vereinfacht eine Übersichtstafel der wichtigsten
Nuklide von H-1 bis Ca-40, während die Fig. 4 schematisch
die Anordnung der Dipolmomente der einzelnen Nukleonen und
die daraus resultierende Berechnung der Dipolmomente
bekannter Kerne und die Meßergebnisse im Detail aufführt.