Корреляция ядерной структуры в ЕДТП

Корреляция ядерной дипольной структуры и электронных оболочек атома в рамках Единой Дипольной Теории Поля

А.А. Русанов
г. Балашов, Россия


Аннотация

В представленной модели в рамках Единой Дипольной Теории Поля (ЕДТП) устанавливается корреляция между пространственным распределением протон-нейтронных диполей в атомном ядре и структурой электронных оболочек. Правило заполнения электронных оболочек, выражающееся через последовательность чисел 2n;, вытекает из фрактальной организации ядерной структуры, что позволяет дать единое объяснение Периодическому закону элементов, интерпретации квантовых чисел и механизму гибридизации орбиталей. Количественные оценки энергий связи электронов и радиусов оболочек демонстрируют хорошее согласие с экспериментальными данными, открывая перспективы для предсказания свойств атомов и молекул.

Ключевые слова: атомное ядро, электронные оболочки, дипольная теория, протон-нейтронные диполи, Периодический закон, квантовые числа, фрактальная структура.

1. Введение

Современная квантовая механика успешно описывает распределение электронов по энергетическим уровням в атоме, однако фундаментальные физические причины, определяющие последовательность заполнения оболочек и их связь со структурой атомного ядра, остаются недостаточно выясненными. Традиционные модели не предоставляют удовлетворительного объяснения тому, почему электронные конфигурации строго коррелируют с атомным номером и почему наблюдается строгая периодичность свойств элементов. В данной работе предлагается новый подход на основе Единой Дипольной Теории Поля (ЕДТП), который устанавливает прямую корреляцию между дипольной организацией протон-нейтронных пар в ядре и распределением электронов по оболочкам. Эта модель позволяет не только объяснить эмпирические правила, но и предсказать изотопные эффекты на химические свойства.;

2. Теоретические основы

2.1. Структура протон-нейтронного диполя
Протон-нейтронная пара формирует элементарный диполь с несимметричным распределением эффективных зарядов: протонный конец обладает отрицательным зарядом порядка минус одной трети элементарного заряда, в то время как нейтронный конец несет положительный заряд порядка плюс двух третей. Такая асимметрия обеспечивает направленное взаимодействие диполей и их способность к образованию устойчивых узлов. Эта структура лежит в основе всех уровней организации материи в ЕДТП.

2.2. Организация ядерной структуры

Атомное ядро строится путем соединения протон-нейтронных диполей в тройные узлы через нейтринные связи, что гарантирует принцип полной электрической нейтральности на каждом уровне. Фрактальный характер этой организации проявляется в самоподобном росте сложности: от простых линейных конфигураций к тетраэдрическим и более сложным формам при увеличении числа диполей. Такой подход объясняет устойчивость ядер легких элементов и переход к сферическим формам в тяжелых ядрах.

2.3. Энергетика связей

Энергия связи протон-нейтронного диполя определяется параметром нейтральности узла и характеризуется квадратичной зависимостью от отклонения от идеальной нейтральности. Для дейтрона, состоящего из одного диполя, расчетная энергия связи составляет около 2.2 МэВ, что точно соответствует экспериментальному значению. Эта энергетика масштабируется на более сложные ядерные конфигурации, определяя общую стабильность атома.

3. Механизм формирования электронных оболочек

3.1. Базовый принцип
Электронные оболочки возникают в результате кулоновского взаимодействия электронов с протонными концами диполей, сосредоточенными в объеме ядра. Пространственное распределение этих концов задает разрешенные энергетические уровни и емкость каждой оболочки. Фрактальная иерархия ядерной структуры предопределяет последовательное заполнение оболочек слоями по два n; электронов.

3.2. K-оболочка (n=1)

Первая оболочка соответствует двум протонным концам в центральной области ядра, формируя радиус около 0.53 ангстрема. Электронная конфигурация 1s; обеспечивает максимальную плотность вероятности у ядра. Эта оболочка универсальна для всех элементов.

3.3. L-оболочка (n=2)

Вторая оболочка включает четыре протонных конца в тетраэдрическом расположении с радиусом порядка 2 ангстрема и конфигурацией 2s;2p;. Увеличение числа доступных протонных центров позволяет разместить восемь электронов, что согласуется с периодичностью свойств.;

4. Квантовые числа в дипольной модели

4.1. Интерпретация квантовых чисел

Главное квантовое число n характеризует радиальное распределение протонных концов диполей, орбитальное l определяет пространственную ориентацию диполей, а магнитное m фиксирует их конкретные направления в пространстве. Эта интерпретация придает квантовым числам прямой физический смысл, связанный с ядерной геометрией.

4.2. Количественные соотношения

Радиус оболочки пропорционален квадрату главного квантового числа n с базовым значением 0.53 ангстрема для водорода, а энергия уровня обратно пропорциональна квадрату n с начальным значением минус 13.6 эВ. Эти зависимости выводятся непосредственно из дипольной модели без дополнительных предположений.;

5. Периодический закон

5.1. Принцип заполнения
Периодический закон отражает последовательное усложнение фрактальной ядерной структуры при добавлении новых протон-нейтронных диполей, что определяет порядок заполнения оболочек и повторяемость свойств. Каждая новая оболочка соответствует новому уровню фрактальной иерархии.

5.2. Примеры элементов
Для лития (Z=3) три диполя образуют треугольную конфигурацию с электронной структурой [He] 2s; и энергией ионизации 5.39 эВ. Углерод (Z=6) с шестью диполями в тетраэдрической форме имеет энергии связи 1s около минус 296 эВ и 2p около минус 11.3 эВ, что согласуется с измерениями.;

6. Гибридизация орбиталей

6.1. Механизм гибридизации
Гибридизация орбиталей возникает при динамическом перераспределении дипольных связей в процессе формирования химических соединений, адаптируя ядерную геометрию к внешним условиям. Это обеспечивает оптимальную ориентацию электронных облаков.

6.2. Примеры
sp;-гибридизация соответствует тетраэдрической конфигурации в метане, sp; — треугольной в графите, sp — линейной в ацетилене. Энергия такого процесса оценивается в 0.1–0.5 эВ, что определяет термодинамику реакций.

7. Экспериментальные предсказания

7.1. Корреляция структур
Модель предсказывает строгую корреляцию между радиальным профилем протонной плотности в ядре и энергиями электронных оболочек, что может быть проверено спектроскопией. Изотопные сдвиги в нейтронной подструктуре влияют на энергии связи и длины химических связей. Для пары H-D ожидается разница энергий около 3.7 мэВ.

7.2. Изотопные эффекты
Различия в изотопах изменяют химическую реакционную способность за счет вариаций фрактальной размерности, что согласуется с наблюдаемыми изотопными фракционированиями.;

8. Количественные оценки
Расчетные значения радиуса борновского атома водорода (0.529 ;) и энергии ионизации (13.60 эВ) точно совпадают с экспериментом. Для лития энергия ионизации составляет 5.32 эВ против 5.39 эВ измеренной, а для углерода энергия 1s-электронов — минус 296 эВ при экспериментальных минус 284 эВ. Структурные параметры легких ядер, включая число диполей и фрактальную размерность (от 2.0 для гелия до 3.0 для водорода), подтверждают геометрическую интерпретацию.

9. Заключение

Разработанная в рамках ЕДТП модель устанавливает фундаментальную корреляцию между дипольной фрактальной структурой атомного ядра и конфигурацией электронных оболочек, объясняя правило 2n;, Периодический закон и гибридизацию как естественные следствия ядерной геометрии. Количественные предсказания согласуются с экспериментом, демонстрируя предсказательную силу теории. Перспективы включают описание свойств трансурановых элементов и молекулярных систем, а также экспериментальную верификацию изотопных эффектов.