7       Bauplan der Atome

In den funktionellen Regeln ist das Zusammenspiel von Elektronen und Neutrinos erläutert, um daraus ein Neutron oder Proton werden zu lassen. Im Abschnitt über den Massendefekt wird die Masse eines Atomkernes aus den bekannten Ruhemassen der Elektronen, Protonen und Neutronen in erster Näherung berechnet. Bei genauem Hinsehen ist festzustellen, dass die errechnete Kernmasse fast immer geringfügig kleiner ist, als die experimentell ermittelte. Die Ursache dafür ist der hier noch fehlende Koppelfaktor. Interessant ist aber, dass der errechnete Wert bei einigen Isotopen exakt zu stimmen scheint. Das erste Mal ist das bei 20Ca48 der Fall, was auf einen näheren Zusammenhang zu den anderen magischen Zahlen hoffen lässt. In der folgenden Abhandlung werden alle diese magischen Kernzahlen hergeleitet. Dazu sind ein paar einfache, jedoch kausale und leicht verständliche Regeln für den Bauplan der Atomkerne vorhanden. Damit lassen sich alle Isotope des Periodensystems zusammensetzen. Mit geringem Zeitaufwand können die eigentlichen Ursachen für physikalische und chemische Vorgänge und deren Zusammenhänge zum Atomkern erkannt werden, für die bisher andere Theorien herhalten mussten.

7.1 Regeln für den Bauplan der Atome

• Beim neutralen Atom sind alle Elektronen der Hülle direkt mit je einem Proton synchronisiert.

• Alle Elektronenbahnen sind stark exzentrisch und verlaufen durch den Kern, genauer um das äußere Positron des synchronisierenden Protons.

• Die Bahn des inneren Positrons eines jeden Protons verläuft um das äußere Negatron eines Neutrons synchron. Ein Proton ist so stets an das gleiche Neutron fixiert.

• Das Innere des Kernes besteht aus untereinander synchronisierten Neutronen und Antineutronen. Beim Neutron bewegen sich in der Singularität, dem raumkomprimierenden Neutrino, das Positronenpaar, beim Antineutron die Negatronen.

• Innerhalb eines stationären Neutrinos bewegen sich 2 Elektronen einer Polarität, in zwei überlagerten Neutrinos 3 oder auch 4.

• Die Neutrinostruktur innerhalb einer Neutronenansammlung ist kubisch. Neutrinos mit Elektronen gleicher Ladung sind auf den Diagonalen der Flächen angeordnet. 

• Die Periodendauer der Ladungswechsel im Proton kann trotz völliger Synchronisation innerhalb eines Kernes unterschiedlich sein.

• Die Synchronisation der schnelleren Protonteilchen mit den langsameren der Neutronen führt zu einem niedrigeren mittleren Gesamtimpuls, was sich in einer geringeren Gesamtmasse gegenüber den einzelnen „Teilruhemassen“ äußert.

Die folgenden Bilder sollen die Regeln für den Bauplan der Atomkerne verdeutlichen.

Im Bild 7.1 befindet sich das Elektron der Hülle kurz vor der Begegnung mit dem Proton. Es wird noch beschleunigt und bewegt sich danach um den gemeinsamen Schwerpunkt aus eben diesem Elektron und dem Positron des Protons. Danach fliegt es bis zur Kernferne der eigenen Bahn. Im gleichen Zeitraum nähert sich das Positron dem Negatron des gemeinsamen Protons. Nach deren Begegnung wird von dem Negatron die als Acht dargestellte Bahn verfolgt. Die Geschwindigkeit verlangsamt sich und hat ihr Minimum in der Nähe des  Kreuzungspunkt. Anders ausgedrückt, die größte Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Negatrons eines Protons liegt im Kreuzungsbereich der eigenen Bahn.

Bild 7.1: Synchronisation der Elektronen

Danach wird es zum kernnahen Positron beschleunigt, welches ähnlich dem äußeren umlaufen wird. Dieses innere Positron ist das Koppelglied zu dem immer wieder benutzten Negatron eines zum kernspezifischen Gerüst gehörenden Neutrons. Die feste Kopplung zwischen Proton und Neutron passt die mittleren Geschwindigkeiten dieser beiden Kernbausteine an. Im Proton findet ein ständiger Ladungswechsel statt. Durch die zur relativistischen Massenzunahme nötigen hohen Geschwindigkeiten der drei Teilchen, wird der Takt des Ladungswechsels durch die Zeitdilatation um etwa den Faktor 3×10⁵ aus Sicht des äußeren Betrachters verringert. Nur so können die grundsätzlich unterschiedlichen Periodendauern 1:1 synchronisiert werden, wodurch sich auch die in erster Näherung konstanten  Atomdurchmesser erklären.

Bild 7.2: Die Kopplung im Neutron

 

Eine entscheidende Rolle spielen die verschiedenen Kopplungsarten der Neutronen untereinander. Im Bild 7.2 sind zwei untereinander gekoppelte Neutronen dargestellt. Jedes Neutron besteht aus zwei Negatronen, zwei Positronen und einem Neutrino. Jeweils ein Negatron ist fest mit einem Positron auf stark exzentrischen Bahnen gekoppelt. Sie umlaufen einen gemeinsamen Schwerpunkt. Die Bahn des Negatrons zeigt vom Neutron weg, die des Positrons ist zum Zentrum gerichtet. Das Zentrum umgibt das Neutrino mit seiner Eigenschaft, den Raum zu komprimieren. Im Bild 7.2 gehören zu einem Neutron die beiden oberen Negatronen- und Positronenpaare und ein Neutrino. Die Bahn des zweiten Positrons ist aus dem Neutrino gerichtet und analog zum ersten fest mit dem äußeren Negatron gekoppelt. Die Bahnen der vier Ellipsen liegen im energieärmsten Zustand in einer Ebene. Weichen die Ebenen voneinander ab, entsteht durch das relativistische Bestreben der Drehung der Halbachsen ein Gesamtdrehimpuls, der bei geringer Abweichung zur Ausrichtung der Ebenen führt. Die Abstoßung der Negatronen durch deren negative Ladung verhindert die Drehung der Halbachsen. Es entsteht ein Energieüberschuss auf Kosten des Zeitverlaufes der Vorgänge im Gesamtsystem. Die Bahnen der Elektronen des zweiten Neutrons sind im Bild nach unten gerichtet. Das Neutrino ist dem des ersten Neutrons überlagert und verstärkt die Raumkompression. Im Gegensatz zu der starren Kopplung unterschiedlicher Ladungsteilchen an einem gemeinsamen Schwerpunkt, ist die Kopplung gleicher Ladungsteilchen innerhalb eines Neutrinos als lose zu betrachten. Im von außen unbeeinflussten Zustand stehen die Bahnebenen der Teilchen beider Neutronen durch die Abstoßung der Negatronen vorzugsweise senkrecht zueinander.

Die wahrscheinlichsten Aufenthaltsgebiete der Negatronen bilden die Eckpunkte eines Tetraeders, in dessen Schwerpunkt die Neutrinos sitzen.

Die lose Kopplung erlaubt aber eine Verdrehung der beiden Ebenen. Wie an einem Kardangelenk kann jeder einzelne Schenkel dieses Gebildes durch Einflüsse von außen geschwenkt werden. Bei unsymmetrischer Energiezufuhr über ein Negatron wird dieser Schenkel ein Stück aus dem Zentrum der Neutrinos gezogen. Dadurch ändern sich die Zeitabläufe dieser beiden Elektronen. Obwohl die Kopplung im Neutrinozentrum mit geringen Phasendifferenzen stabil bleibt, ändert sich für dieses Negatron die Periodendauer des Ladungswechsels gegenüber den drei anderen. Allein dadurch ist es möglich, dass Elektronen der Atomhülle im Grundzustand unterschiedliche Energieniveaus besitzen, obwohl alle Bahnen phasenstarr an je ein Proton des Kernes gekoppelt sind.

Die hier beschriebene Kopplung ist offensichtlich die stabile Form des Heliumkernes.

Eine Verbindung zu einem anderen Neutron erfolgt über die äußeren Negatronen. Das funktioniert nur dann, wenn zwei Negatronen unterschiedlicher Neutronen sich im gemeinsamen Wirkungsbereich eines zusätzlichen Neutrinos bewegen. Aus dem Bild 7.3 ist zu erkennen, dass sich aus zwei Neutronen in deren Mitte praktisch ein Antineutron ergibt.

Bild 7.3: Kopplung Neutron – Antineutron

7.2  Der Aufbau typischer stabiler Kerne

Der Wasserstoffkern ist praktisch das in Bild 7.1 abgebildete Proton ohne Neutron. Der in Bild 7.2 skizzierte Verbund zweier Neutronen stellt das Gerüst für den Heliumkern 2He4 dar. Mit zwei Neutronen ist ein Eckpunkt der kubischen Struktur voll besetzt.

Für 2He3 fehlt ein Neutron.

Bild 7.4 zeigt das Neutronengerüst der stabilen Isotope bis 8O18. Zur vereinfachten Darstellung  sind die Neutrinos der Neutronen rot dargestellt, die Neutrinos in denen sich die Negatronen koppeln grün. An das Negatron, an das ein Proton ankoppelt, ist ein blauer Pfeil gesetzt. Die Verbindung zwischen einem roten Neutron und einem grünen Neutrino ist gelb dargestellt und besteht aus einem Negatron und einem Positron.

3Li 6 beginnt den ersten Würfel zu bauen. Die Neutronen sitzen an den diagonal zueinander liegenden Ecken, das grüne Neutrino vereinigt die Koppelnegatronen, es können drei Protonen festmachen. Ein viertes Neutron stellt mit einem weiteren grünen Neutrino eine größere Symmetrie her. Der Kern des wesentlich häufigeren Isotops 3Li7 wird sichtbar. Unter Einhaltung der Regeln ist kein weiteres Isotop vorhanden. Für das 4-wertige Beryllium fehlt ein freies Negatron zum ankoppeln des nächsten Protons. Erst ein weiteres Neutron an einer bereits besetzten Ecke bringt einen zusätzlichen Punkt. Außer 4Be9 existieren keine weiteren stabilen Isotope.

Auf diese Weise lassen sich die Kerne erst einmal bis zum vollständigen Würfel weiterführen. Die Protonen sitzen immer auf den diagonalen Ecken, über die grünen Neutrinos sind alle miteinander verbunden. Für die folgende Betrachtung sehen wir uns das Gerüst von 8O16 an. Die vier doppelt besetzten Ecken zeigen einen symmetrischen, kräftefreien Aufbau und präsentieren die magische Zahl 8. An diesem Kerngerüst können die Grundregeln des Bauplanes eindrucksvoll diskutiert werden. Die nach außen gerichteten Negatronen synchronisieren je ein Proton. Zu jedem derartigen Negatron gehört ein zweites, das im Kerngerüst in einem Neutrino mündet, das gemeinsam mit einer Hälfte eines anderen Neutrons das koppelnde Antineutron bildet. In diesem Fall wir ein Antineutron aus Teilen jeweils zweier Neutronen gebildet, bei anderen Isotopen können aber auch drei oder vier Negatronen in eine oder zwei Neutrinos koppeln. Für die Stabilität des Kernes ist entscheidend, dass kein aus einem Neutron ragendes Elektron ohne Bindungspunkt existiert.

 

Bild 7.4: Neutronengerüst von 3Li6 bis 8O18

7.3       Die Magischen Zahlen

Die Bilder 7.5 bis 7.7 zeigen die typischen Neutronengerüste der stabilen Isotope von 9F19 bis 19K41.

Bild 7.5: Neutronengerüst von 9F19 bis 12Mg26

Bild 7.6: Neutronengerüst von 13Al27 bis 16S34

Bild 7.7: Neutronengerüst 17Cl35 bis 18K41

Das Bild 7.8 stellt Calcium mit 20 und 28 Neutronen dar. Hier ist besonders gut das simple Konstruktionsprinzip zu erkennen. Beim Ca-48 sind die 14 Neutronenpaare an den Ecken und im Zentrum der Flächen eines Würfels angeordnet. Die 10 Paare des Ca-40 belegen 4 Ecken und die Mittelpunkte der 6 Kanten eines Tetraeders. Praktisch ist durch die 4 symmetrisch abgetrennten Neutronenpaare aus einem Ca-48-Würfel ein Ca-40-Tetraeder entstanden. Für die weitere Beschreibung ist es sinnvoll, ein Koordinatensystem mit dem Nullpunkt im Zentrum festzulegen. Für das Bild 7.8 heißt das, dass auf der Koordinate (0; 0; 0) ein Antineutrino a4 liegt. Die 4 steht für die Anzahl der Verbindungen zu umliegenden Neutronen. Für die Neutronen ist zusätzlich die Anzahl der gebundenen Protonen angegeben.

Die folgende Beschreibung gilt für 20Ca40 im Bild 7.8. Rechts neben dem Nullpunkt sitzt demnach 2n2(1; 0; 0), 2 fixierte Protonen, n für Neutronen, 2 verbundene Nachbarantineutronen und die Koordinaten. Die 10 Paare des Ca-40 belegen 4 Ecken und die Mittelpunkte der 6 Kanten eines Tetraeders. Praktisch ist durch die 4 symmetrisch abgetrennten Neutronenpaare aus einem Ca-48-Würfel ein Ca-40-Tetraeder entstanden. Das ergibt genau 20 Neutronen und 20 Plätze für Protonen, das erste stabile Calciumisotop. In dieser Form kommt es auch am häufigsten vor. Die Angabe der Koordinaten für dieses Kerngerüst lauten:  a2(-1; 1; 0),    2n2(-1; 1; 1),    2n2(-1; 0; 0),      2a2(-1;-1;-1) und so weiter.

 

Bild 7.8: Neutronengerüst der magischen Zahlen 20 und 28

Die roten Punkte stellen jeweils ein stabiles Neutronenpaar dar. Durch die 4 symmetrisch abgetrennten Neutronenpaare ist aus einem Ca48-Würfel ein Ca-40-Tetraeder entstanden.

Die blauen Pfeile markieren die Stellen, an denen ein Proton synchronisiert wird.

Bis hin zum 20Ca48 werden alle Ecken und Mittelpunkte der Flächen des gedachten Würfels mit Neutronen doppelt belegt. Die Verbindungen in das Kerngerüst sind so gesetzt, dass nach

außen genau 20 für die Anbindung der Protonen übrig sind. In dieser symmetrischen Struktur hat kein weiteres Neutron Platz. 20Ca48 ist das letzte stabile Isotop.

Für die folgende Betrachtung der magischen Zahlen ist es sinnvoll, von der höchsten auszugehen. Im Bild 7.9 ist die kubische Anordnung von sich abwechselnden Neutronen und Antineutronen dargestellt. Im Nullpunkt des Koordinatensystems sitzt ein Neutron. Die X-, Y- und Z-Richtung wird von –3 bis +3 belegt. Die 5 Ebenen besitzen im Wechsel 13 und 12 Neutronenplätze, die alle vollständig mit 2 Neutronen besetzt sind. Zusammen sind das exakt 126. Wenn von den Neutronen der Mitte aller Kanten und Flächen zur Bindung in das Kerngerüst  3 und sonst 2 Negatronen benutzt werden, stehen 82 Negatronen zur Bindung der äußeren Protonen zur Verfügung.

Im Bild 7.10 sind ausgehend von dem Gerüst 126 an zwei gegenüberliegenden Kanten jeweils 11 Neutronenpaare entfernt. An der Oberfläche verbleiben exakt 56 Neutronen. Ist an jedes ein Proton gebunden, handelt es sich um 56Ba138, das letzte stabile Bariumisotop. Aus den äußeren Antineutronen können in dieser Isotonenreihe zusätzliche Verbindungen aus dem Gerüst gelöst werden, um damit weitere Protonen zu fixieren.

 Bild 7.9: Neutronengerüst 126

 

Sämtliche Neutronenplätze, hier rot im Wechsel mit den Antineutronen kubisch angeordnet, sind doppelt besetzt. Der Würfel besteht aus 5 parallelen Ebenen. Die Summe 126 entsteht durch (13+12+13+12+13)x2. Die Koordinate (0; 0; 0) wird durch ein Neutronenpaar belegt.

Wenn von den Neutronen der Mitte aller Kanten und Flächen zur Bindung in das Kerngerüst  3 und sonst 2 Negatronen benutzt werden, können nach außen 82 Protonen gebunden werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 Bild 7.10: Gerüst 82

 

Von dem Gerüst 126 sind zwei gegenüberliegende Kanten mit je 11 Neutronenpaaren abgetrennt. Es verbleiben 82 Neutronen. In der hier abgebildeten Anordnung sind genau 28 Paare an der Oberfläche sichtbar. Fixiert jedes zwei Protonen, handelt es sich um 56Ba138, dass letzte stabile Bariumisotop.