Art.70-- Sintesi e scissione del deutone, origine e decadimento del neutrone -- Antonio Dirita

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Abbiamo già applicato la teoria degli spazi rotanti all'equilibrio tra il protone e l'elettrone. Utilizzando ora la lunga esperienza che è stata
acquisita in fisica atomica ed i risultati noti, vogliamo estendere l'analisi a qualsiasi atomo.
Dell'atomo di idrogeno sono noti con precisione i seguenti risultati :

La nostra esperienza quotidiana ci dice che particelle elementari dello stesso tipo si respingono e non esiste un solo esperimento di
laboratorio in cui le particelle abbiano manifestato un comportamento diverso.
D'altra parte, osservando gli atomi, dunque l'intero universo, abbiamo un chiaro esempio di convivenza in un "piccolo spazio" di un gran
numero di particelle dello stesso tipo: gli elettroni .
Le due osservazioni sono chiaramente in contraddizione, benché supportate supportate entrambe da prove incontestabili.
Dobbiamo dunque pensare che non sia corretto affermare che due particelle dello stesso tipo si respingono in qualsiasi condizione e
quindi esisteranno condizioni in cui esse si attraggono e altre in cui si respingono.
Il problema diventa quindi capire quali sono le condizioni che determinano uno oppure l'altro comportamento.
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Trattando la teoria generale abbiamo visto (  Art.6  e  Art.10  ) che nello spazio fisico (   Art.3  e   Art.5  ) nei sistemi governati da forze
centrali ( in pratica tutti i sistemi naturali, nucleari, atomici e astronomici ) il rispetto dei principi di conservazione dell'energia e del
momento angolare impone alle masse il moto su orbite quantizzate con raggio e velocità espressi dalle relazioni :

                   RP = R₁⋅ p²   ;   VP = V₁/p              con   n = 1 ; 2 ; 3 ;.......

dove R₁ e V₁ rappresentano i valori che vengono associati al numero quantico  p = 1  caratteristici della massa centrale,
generatrice dello spazio rotante.

La Quantizzazione del raggio orbitale ha valore universale e si applica all'atomo come al sistema Solare.

Per esemplificare quanto è stato detto, consideriamo il confronto fra l'atomo di idrogeno e il sistema Solare.
Consideriamo inizialmente Sole e protone come particelle elementari, ricordando che:
Particella elementare è, per definizione, qualsiasi aggregato materiale associato a uno
spazio rotante , " confinato ", per aggregazione o 
per collasso, entro l'orbita minima
raggiungibile :
r₁ = K²/Cl²
La stessa relazione, scritta nella forma                                       ci dice che :
il rapporto tra lo spazio rotante generato ed il raggio della prima orbita, è una costante
caratteristica di tutte le particelle elementari.

Per il protone si ottiene :

Il Sole, che ha le caratteristiche :           rS = 695843 Km     ;     mS = 1.989085⋅10³⁰ Kg

per poter acquisire le caratteristiche di una particella elementare dovrebbe poter collassare fino a :
       
E' da notare che l'orbita minima visibile dall'esterno è quella associata a una velocità di fuga dall'orbita uguale a quella della luce (si dice
condizione di buco nero).
Essendo : Vf = √2 ⋅ Vn , per la la superficie minima visibile si ottiene un valore del raggio doppio.
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Il Sole nella condizione di buco nero avrebbe dunque una superficie visibile di raggio uguale a :

Attualmente la superficie visibile del Sole ha un raggio :                   rS = 695843 Km .

Il fattore di espansione che porta il Sole dalla dimensione minima in corrispondenza della quale sarebbe ancora visibile a quella
attuale vale :              
Con l'ipotesi che durante l'espansione dell'universo tutte le sue parti aumentino le dimensioni con lo stesso fattore di espansione, se si
confronta il Sole nella condizione di particella elementare con il protone, ovviamente nella stessa condizione, è possibile ricavare, in
prima approssimazione, il raggio della prima orbita (orbita fondamentale) dello spazio rotante solare.
L'orbita fondamentale dello spazio rotante del protone vale :

                        R11e = α²⋅ r1p= (137.0359896)² ⋅ r1p = 5.29177249⋅10⁻¹¹ m

dove α  è la costante di struttura fine (   Art.9   ).
Il Sole, come particella elementare, avrebbe quindi un'orbita fondamentale :

                          R11S = α² ⋅ r1S = (137.0359896)² ⋅ r1s = 27731.967 m

Il fattore di espansione fs , calcolato considerando la superficie visibile del Sole passando dalla condizione di particella elementare a
quella attuale, risulta lo stesso, se calcolato considerando l'orbita fondamentale.
Moltiplicando quindi  R11S  per il fattore di espansione  f , che ha subito il Sole fino alla condizione attuale, si ottiene l'orbita
fondamentale attuale :
                                              R1S = R11S ⋅ f6.533 ⋅10⁶ Km

in ottimo accordo con il valore ricavato utilizzando la quantizzazione delle orbite ( Art. 31   )
uguale a   6,276 ⋅10
Km , che, con la relazione :

              RP = R1S ⋅ p² = 6,276⋅10⁶ Km ⋅ p²   con    p = 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; ...........; 30

fornisce le orbite dei pianeti con una buona approssimazione.
I valori numerici che abbiamo ottenuto ci confermano che le leggi che abbiamo ricavato descrivono il comportamento della materia a tutti
i livelli di aggregazione.
Dunque la forza che le diverse parti di un aggregato si scambiano dovrà essere indipendente dal livello di aggregazione.
I comportamenti apparentemente in contraddizione, delle particelle elementari che noi vediamo sono in realtà in perfetto accordo con la
quantizzazione del raggio orbitale, in quanto, se così non fosse, con una forza sempre attrattiva o repulsiva, non
potremmo 
avere orbite circolari stabili.
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Se un elettrone, per una qualsiasi perturbazione, si allontana verso l'esterno dall'orbita stabile, la forza esercitata dal protone ( più
propriamente dallo spazio rotante protonico) diventa attrattiva e lo riporta in equilibrio. Se invece si avvicina al centro dello spazio rotante,
la forza esercitata diventa repulsiva e si ristabilisce l'orbita stabile iniziale.
In generale, si può dire che la forza esercitata tra particelle materiali è sempre tendente
a portare a una configurazione stabile o comunque di maggiore equilibrio.

Dunque, secondo lo spirito unitario che abbiamo posto alla base della teoria, tutti i comportamenti che osserviamo quotidianamente negli
esperimenti di laboratorio si devono poter applicare anche al microcosmo e in particolare al nucleo atomico.
E' da notare che una situazione perfettamente analoga a quella atomica e nucleare si presenta in astronomia, dove le masse planetarie
sono distribuite su orbite precise all'interno del punto neutro e comunque a notevole distanza dal centro della sfera solare e questo viene
visto come sistema analogo a quello atomico, con gli elettroni in orbita.
Quando invece si aggregano delle stelle rotanti su se stesse, si creano nuclei doppi (più in generale multipli) formati da stelle binarie
rotanti, entrambe nello stesso verso, ad una distanza tra loro sempre molto piccola.
In questo caso è per noi facile pensare che il sistema sia legato dall'azione gravitazionale e come tale viene studiato, senza alcuna
perplessità legata al fatto che si abbiano in realtà due aggregati identici, simili, nel comportamento, a particelle elementari, in equilibrio a
distanza molto ravvicinata.
Senza alcuna giustificazione, nascono invece problemi di interpretazione e perplessità se si hanno due protoni, in quanto si ritiene
che essi debbano necessariamente respingersi.
In realtà, in entrambi i casi le masse interagenti soddisfano le stesse definizioni con le stesse regole e l'unica differenza risiede nelle loro
dimensioni. Esse però non intervengono nelle leggi che definiscono il loro comportamento.
Vogliamo dunque analizzare il legame fra due elettroni e due protoni secondo i normali meccanismi di aggregazione che hanno portato
alla formazione dell'universo primordiale, partendo da spazio fisico puro (  Art.3  ).
Come abbiamo ricordato, l'esperinza quotidiana ci dice che sia gli elettroni che i protoni si respingono tra loro e dunque non riescono a
convivere a distanza ravvicinata.
Gli atomi sono però un esempio del contrario, in quanto abbiamo un numero elevato di elettroni in un volume molto
piccolo, che orbitano attorno a un nucleo.

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In questo caso la forza di repulsione tra gli elettroni si trascura e si considera solo la forza centrifuga che viene equilibrata dall'interazione
di ciascun elettrone con lo spazio rotante generato dai protoni centrali.
Con   Fee = 0 si ottiene infatti :

La coincidenza di questa relazione con la legge fondamentale degli spazi rotanti (   Art.5   ) viene a mancare se si considera anche la forza
di repulsione tra gli elettroni, che comunque è trascurabile, ma non uguale a zero.
Se quindi si trascura l'esistenza del nucleo, che esercita un'azione attrattiva, la convivenza degli elettroni nell'atomo non è giustificabile.

Del nucleo atomico non abbiamo il dettaglio noto per l'atomo e diventa per questo difficile giustificare la coesistenza di un gran numero
di protoni.
Secondo la teoria degli spazi rotanti, i processi che si realizzano nell'universo e le leggi fisiche che li regolano sono indipendenti dal livello
di aggregazione della materia e quindi dobbiamo pensare che,

se gli elettroni convivono nell'atomo solo per la presenza di un nucleo centrale, anche i
protoni nel nucleo potranno convivere solo grazie alla presenza di un nucleo centrale
che 
genera un'azione attrattiva.

Analizziamo questa possibilità considerando la struttura più semplice, ossia quella formata da un nucleo con due soli elettroni in moto
sulla stessa orbita in posizioni diametralmente opposte.
Essendo l'elettrone l'unica particella capace di formare un sistema equilibrato stabile con il protone, la configurazione analoga a quella
elettronica che prendiamo in considerazione è quella che prevede l'elettrone come nucleo centrale.
Immaginiamo quindi di realizzare l'aggregazione di due protoni partendo da un atomo di idrogeno, che ha già l'elettrone che serve, al
quale accostiamo,gradualmente un altro protone.
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Inizialmente si manifesta tra i protoni una forza attrattiva, tendente a far condividere ai due protoni l'unico elettrone disponibile sull'orbita
fondamentale di raggio R11e . Si origina così ad un certo punto un equilibrio tra i protoni molto debole ad una distanza circa uguale al
doppio del raggio dell'atomo di idrogeno.
A questo punto un ulteriore accostamento dei protoni tende ad avvicinare l'elettrone a ciascun protone su un'orbita di raggio minore di
R11e dando origine a una perturbazione dello spazio rotante.
A questo punto l'inerzia dei due spazi rotanti genera una forza repulsiva, che tende a ripristinare l'equilibrio Il sistema si presenta come è
indicato nella figura a.

Con riferimento alla figura, questa forza repulsiva fra i protoni permane ed aumenta proporzionalmente al volume perturbato (   Art.16   ),
raggiungendo il valore massimo quando il verso di rotazione della sfera planetaria dell'elettrone è completamente concorde con quello
della sfera planetaria di ciascun protone. La configurazione associata a questa condizione è quella indicata nella figura b.

Con un ulteriore accostamento fra i protoni si ha la sovrapposizione con versi di rotazione discordi tra lo spazio rotante centrale e quello
dei protoni, con conseguente riduzione della la forza di repulsione fino ad annullarsi quando si raggiunge la configurazione indicata nella
figura c
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A questo punto un ulteriore accostamento dei protoni porta alla sovrapposizione con verso concorde delle falde periferiche dei due spazi
rotanti con aumento della stabilità dell'aggregato, per cui nasce una forza attrattiva che provoca una evoluzione spontanea in
questa direzione.

La minima distanza raggiungibile è comunque limitata dalla sfera planetaria dell'elettrone centrale che, essendo una particella elementare,
è immutabile e vale :         
Si ha così un aggregato stabile con una struttura analoga a quella atomica, con un nucleo centrale, che genera lo spazio rotante
e due
protoni diametralmente opposti in orbita alla distanza :

Per il calcolo, consideriamo che sia A1 il protone libero ed assumiamo con segno positivo le accelerazioni centrifughe.
L'accelerazione che complessivamente agisce su A₁ vale :         
dove con VP abbiamo indicato la velocità di rivoluzione associata all'orbita
secondo la relazione         Kp² = Vp²⋅ rmin        che, sostituita nell' espressione della accelerazione, fornisce :
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Per poter avere il sistema in equilibrio, dovrà essere   aP = 0   e quindi dovrà essere verificata la condizione :

                                                      Ke² = KP²/2

Questo risultato ci dice che ciascun protone contribuisce alla formazione del nucleo con 1/4 della sua massa in modo da avere :

La massa realmente orbitante dei protoni legati vale dunque :                 mp = (3/4) ⋅ mp
La forza di legame corretta del protone orbitante A1  risulta perciò :

L'energia di legame dell'aggregato vale :       
che coincide con il valore medio sperimentale dell'energia di legame per ogni nucleone
presente nel nucleo atomico.

Il valore massimo della forza esterna che dobbiamo applicare per raggiungere l'accostamento necessario, per avere i due protoni in
equilibrio, vale :

lo stesso risultato numerico si ottiene, naturalmente, utilizzando l'espressione della forza universale (   Art.18   ) :

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Il calcolo è stato eseguito considerando un protone in orbita attorno ad un nucleo rotante centrale fermo, situazione che, come vedremo,
si verifica nel nucleo atomico.
Se l'aggregato che è stato sintetizzato è invece libero, non ha il nucleo vincolato al centro, ma entrambi i protoni orbitanti in una
posizione simmetrica.  In questo caso rispetto al centro di rotazione la velocità di rivoluzione risulta dimezzata.
L'energia dell'aggregato libero risulta dunque :
                             ED = Epn/4 = 8,600828035 MeV/4 = 2,1502 MeV

Il sistema che abbiamo discusso è stato da noi generato accostando un protone ad un atomo di idrogeno.  In realtà al termine della
fase di
evoluzione primordiale dell'universo che si è conclusa con la sintesi del protone come particella elementare di confine,
Art.9  ) nell'universo si aveva solo idrogeno racchiuso in un volume relativamente piccolo e quindi il nostro aggregato è stato sintetizzato
in un gran numero accostando due atomi di idrogeno, secondo la prima reazione di sintesi nucleare :

                                     (H₁¹+e) + (H₁¹+e) → (H₁²+e) + γ

E' stato così ottenuto il deuterio, il cui nucleo, per il nucleo atomico, svolge un ruolo fondamentale, analogo a quello che svolge
l'idrogeno nella struttura atomica.

Se ora si dispone di un atomo di deuterio e si vuole realizzare il percorso inverso, per ottenere i due atomi di idrogeno iniziali, fornendo
energia con una radiazione   γ contrariamente alle aspettative, il deuterio non libera i due atomi di idrogeno, ma si separa in due parti
non simmetriche, in quanto si libera un protone e lascia come residuo l'altro, che trattiene l'elettrone centrale e si presenta come un
aggregato instabile che, entro un tempo medio di 13 minuti, si scinde spontaneamente liberando l'elettrone e il protone.
Questo aggregato, per le sue caratteristiche, viene denominato neutrone e sarà l'oggetto di un prossimo articolo.

Secondo misure recenti, nell'universo ci sarebbe un atomo di deuterio ogni 40.000 di idrogeno. Questo numero risulta in totale
disaccordo con la teoria che abbiamo descritto, che prevederebbe una grande quantità di deuterio primordiale. Nei prossimi articoli verrà
giustificata questa apparente contraddizione.

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 Art.70-- Sintesi e scissione del deutone, origine e decadimento del neutrone -- Antonio Dirita

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