SEAMー量子力学を超えて①
Static Electron Atom Model
「科学史から見た量子力学の間違い」では、量子力学が波動関数を導入することで、統計力学の手法を採用したことを指摘した。1個の電子を統計的に記述したため、不確定性原理という理解しがたい解釈が必要になってしまった。量子力学が実験を精度よく予測できるのは、現象が多粒子によるものであることが条件となる。反面、核反応など原子の構造に踏み込むと量子力学はとたんにその機能があやふやになってしまう。
電子は波ではなく粒子である。ラザフォードの核内電子説とクーロン力の伝達を見直すことで、原子の構造を推測したのがSEAMだ。
SEAMでは原子核は陽子と陽子が励起された電子で結合されていると考える。励起されたというのは、後述するが電圧の高い状態の電子である。原子核内部の電子は自由電子の約200倍の大きさに膨れ上がっている。電子はその一部が陽子に食い込んでいて、外に出てくるマイナスの電荷が2分の1、あるいは3分の1、3分の2に制限されている。軌道電子は原子核の陽子に引き付けられつつ、核内電子に反発して、ゆるくつながった状態にある。また、原子核には常時ニュートリノが突入してきて、原子核に少しずつ電荷を与え続けている。原子核はニュートリノの衝撃で、陽子振動を起こしており、陽子表面の振動がガンマ線の定在波を作り出し、軌道電子はその節に落ち込んでいる状態だ。SEAMではドブロイ波を排除して、軌道電子の振る舞いを、クーロン力とニュートリノで説明している。そこで見えてくる原子の構造と従来の量子力学での解釈を比較しながら、SEAMによる原子像を明らかにして行こうと思う。
陽子、中性子、トリチウム
もっとも単純な原子核は陽子1個の水素原子だが、自然界には陽子1個と電子1個の状態は力学的にあり得ない。太陽風はそのほとんどが陽子で一部に電子などのほかの荷電粒子を含んでいる。陽子と電子がバラバラになったプラズマ状態だ。水素分子は陽子2個と電子2個が組み合わさって、はじめて力学的に安定した状態をとることができる。
陽子1個がもっとも単純な原子核だが、陽子に電子が結合すると中性子になる。標準理論では中性子はクォークが3個からなる粒子だが、クォークは単独では取り出せない。SEAMでは素粒子は陽子と電子の2種類しかない（後述するが、陽子は空洞でしかも陽子を作っている何かがある可能性を記しておく）。
中性子は原子核から出ると約15分で崩壊する。原因はニュートリノだ。ニュートリノは非常に短い波長の電磁波で、陽子、原子核を媒質に伝わる。中性子の場合、陽子表面に電子が結合した状態で、ニュートリノの衝撃で電子がはじき出される。では、もう一つ陽子が結合した重水素原子核はどうなるかというと、安定した構造だ。
重水素原子核ではニュートリノが結合している電子をまっすぐに通り抜けて行くため、構造に変化がない。重水素が安定している原因だろう。重水素原子核では陽子のプラスが２，核内電子のマイナスが１なので、見かけはプラス1の電荷になる。
重水素原子核にもう一つ陽子が結合するとトリチウム原子核になる。３つの陽子が３つの電子で結合している。外部に現れる核内電子の電荷は3分の２である。3分の1は結合に使われる。
結合している電子はわずかに角度がついている。ここをニュートリノが通過するとき、電子を外側に弾き飛ばそうとする力が生じる。十分にニュートリノの衝撃が強いと電子がはじき出され、トリチウムはヘリウム３に崩壊する。
ヘリウム3は3つの陽子が２つの核内電子で結合している。この時の核内電子の電荷は2分の1になる。ここでいちいち核内電子が軌道上に及ぼす電荷を書くのが面倒なので、（陽子数、核外電荷）という書き方をする。たとえばヘリウム3の場合は陽子3個、核外電荷が１なので(+3,-1)と表記する。
重複するがリチウムまでの原子核を予想してみた。
原子量が増えるにつれ、原子核の構造はどんどん複雑になる。
ところで、ヘリウムからリチウムに原子番号があがると、原子半径が急に大きくなることが知られている。上記の原子核の構造を見ると、リチウム原子核は、外に出る電子の電荷（核外電荷）がヘリウムの-2から-4に増える。この増えた電子のマイナスの電荷が軌道上の電子を反発力で遠のけるために軌道半径が拡大すると考えられる。
原子核の構造を予想することは非常に難しい。原子量が多くなると考えられる組み合わせが極端に増えるからだ。ベリリウムより大きな原子核は、なんらかの規則性を見つけて予想することが必要となるだろう。
次回は質量欠損について説明する。
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