Может ли атом иметь двойную систему ядер?

В звездных системах у вас есть много вариантов экзотических систем, подобных этой ( один известный пример ). Эта гибкость возникает из-за того, что звездные системы велики по сравнению с длинами волн де Бройля любого из их компонентов, поэтому звездные орбиты не квантуются. С атомами, их электронами и ядрами вы ограничены еще больше.

Как заметил комментатор, если у вас есть два ядра и достаточно электронов, чтобы сделать вещи нейтральными и удалить тепловую энергию до тех пор, пока частицы не будут вынуждены связываться друг с другом, вы получите молекулы. Например, в диводороде ($\mathrm H_2$) два протона разделены примерно ангстремом, что сильно отличается от$10^{-5}\,\mathrm Å$который разделяет нуклоны внутри ядра. $\mathrm H_2$молекула имеет два электрона, которые вращаются вокруг обоих ядер . Низкоэнергетическими возбуждениями молекулы водорода являются вращения, имеющие энергию$E_J = \frac{\rm 15\,meV}{2} J(J+1)$для орбитального квантового числа$J=0,1,2,\ldots$; эти состояния соответствуют разным величинам углового момента, когда два ядра вращаются вокруг друг друга.

Вы задавались вопросом, возможно ли иметь два ядра достаточно близко друг к другу, чтобы остаточное сильное взаимодействие продолжало действовать, но достаточно далеко, чтобы они не сливались вместе? Я знаю, что есть ядра разной формы, в том числе вытянутые и сплюснутые.

Некоторые ядра одних и тех же изотопов могут иметь различную форму, называемую изомерами.

Изомерный распад — некоторые радионуклиды существуют в сравнительно долгоживущих возбужденных состояниях, известных как «изомеры». Например, изомер 242Am имеет период полураспада 141 год, но период полураспада основного состояния составляет всего 16 часов. При распаде изомера энергия возбуждения обычно испускается в виде гамма-излучения.

Глядя на изображение в этой статье, изомер плутония-240 кажется настолько вытянутым, что он (возможно) близок к тому, о чем вы спрашивали. Ядерная структура

Тантал-180м — отличный пример ядерного изомера. Та-180 в основном состоянии имеет период полураспада около 8 часов. Но когда это ядро ​​находится в одном конкретном метастабильном возбужденном состоянии, период полураспада настолько велик, что этот изомер считается стабильным.

---Обновлять---

Немного осмотревшись вокруг, вы ищете термин «динуклеус». Динамика динуклеуса

Из модели двухъядерной системы для динамики и структуры, доклад конференции, июль 2001 г., Г.Г. Адамян и др.:

Динкулярная система (DNS) представляет собой конфигурацию, состоящую из двух соприкасающихся ядер, которые сохраняют свою индивидуальность и обмениваются нуклонами и/или кластерами. Другими обозначениями биядерной системы являются квазимолекулярные конфигурации, ядерные молекулы и бикластерные конфигурации.

Молекулы внутри ядра

Scholarpedia: Кластеры в ядрах

Каждое ядро ​​состоит из некоторого количества протонов, которые являются положительно заряженными частицами и, таким образом, отталкиваются друг от друга. Для их склейки необходимо некоторое количество дополнительных нейтральных частиц - нейтронов, "усиливающих" ядерную силу притяжения склейки.

Та же проблема существует и для системы бинарных ядер: эти пары ядер будут отталкиваться друг от друга из-за электростатической толкающей силы между составными протонами. Чтобы удерживать их на одинаковом расстоянии, необходима прямо противоположная сила ядерной склейки между ядрами. Однако электрический потенциал Колумба и потенциал Юкавы (сильного взаимодействия) имеют разные формы. Приравняв их друг к другу, можно найти устойчивое расстояние, на котором эти противоположные силы компенсируют друг друга:

$$\frac {e^2}{4\pi r} =\frac {g^2}{4 \pi r} \exp(-\mu r)$$

Теперь решение для$r$, дает:

$$r_{\text{stable}} = - \frac 1 \mu \ln\left(\frac {e^2}{g^2}\right)$$

Далее вы можете увидеть в Википедии сравнение потенциала Юкавы с кулоновским потенциалом на больших расстояниях:

На дальнем конце кулоновский потенциал асимптотически приближается к некоторому фиксированному значению, которое ниже нулевого потенциала Юкавы. В нижнем конце потенциал Юкавы быстро стремится к бесконечности, а кулоновский потенциал - не так быстро и тоже асимптотически. Они не пересекаются.

Наконец, если бы такая система теоретически могла иметь некоторую стабильную точку на расстоянии между парой ядер, это все равно создало бы невыносимые проблемы из-за принципа неопределенности Гейзенберга, который гласит, что никакая микроскопическая система не может иметь точного вектора положения:

$$\sigma _{x}\sigma _{p}\geq {\frac {\hbar }{2}}~~$$ ,

Так что чуть-чуть расстояние увеличится, - и эти два ядра разлетятся как пара высокоскоростных снарядов. Чуть ближе - и этот "ядерный диполь" будет раздавлен в "единицу" сильным ядерным взаимодействием.

Таким образом, общий вывод состоит в том, что пара разделенных ядер NO не может быть стабильной системой СОМ в атоме. Нестабильный, с огромной скоростью распада? Может быть.