رونمایی از دنیای جذاب دینامیک مداری مولکولی.

جشن رقص فضاهای مخالف: پرده برداری از دنیای جذاب دینامیک مداری مولکولی.
به قلمرو جذاب درهم تنیدگی کوانتومی خوش آمدید. خود را برای کاوش در یک پدیده خارق‌العاده آماده کنید که ذرات را به هم متصل می‌کند و قوانین سنتی فیزیک را به چالش می‌کشد. در حوزه کوانتومی، ذرات می توانند در هم تنیده شوند و یک ارتباط نامرئی ایجاد کنند که در هر فاصله ای باقی می ماند. هنگامی که ذرات در هم می‌پیچند، ویژگی‌های آن‌ها، مانند اسپین یا قطبشان، به هم مرتبط می‌شوند. و به طرز شگفت آوری، این همبستگی ها دست نخورده باقی می مانند حتی زمانی که ذرات با فواصل قابل توجهی از هم جدا شوند. اگر یک ذره اندازه گیری شود، شریک درهم تنیده آن فورا حالت آن را تنظیم می کند و نتیجه اندازه گیری را منعکس می کند. این همبستگی آنی شهود کلاسیک را به چالش می کشد، بهرحال در آزمایش های بی شماری مشاهده شده است و دانشمندان را به استفاده از این پدیده برای کاربردهای مختلف سوق داده است. برای مثال، عملیات دور کوانتومی، انتقال اطلاعات کوانتومی را با بهره‌برداری از درهم تنیدگی برای بازسازی حالت یک ذره در جای دیگر امکان‌پذیر می‌سازد. درهم تنیدگی کوانتومی همچنان درک ما را از ماهیت اساسی واقعیت به چالش می کشد.
Figure: U1

الکترونی را تصور کنید که در کنار همتای پادذره خود در تقابل با هسته مرکزی تصویر شده است. با اذعان به اینکه الکترون‌ها دقیقاً به دور هسته‌ها نمی‌چرخند، بلکه حرکتی را در یک طرف نشان می‌دهند، پادذرات مربوطه آن‌ها باید سمت مقابل را با جهت‌گیری‌های متفاوت اشغال کنند. این منجر به چرخش ها و حرکات متمایز می شود. یکی مخالف دیگری است هر اوربیتال می‌تواند حداکثر دو الکترون را در خود جای دهد، که وجود دو ذره درهم تنیده مرتبط با هر الکترون در طرف مقابل را برای متعادل کردن و تثبیت چرخش اوربیتال به دور هسته ضروری می‌کند. در نتیجه، به شکل دمبل مانندی می‌رسیم که در آن لحظه‌ها ذرات متعادل می‌شوند و یکدیگر را منعکس می‌کنند، اما در جهت‌های متضاد. برای تمایز بین این دو تکانه متمایز در یک پوسته اتمی، الکترونی را که در جهت مخالف چرخش عقربه‌های ساعت حرکت می‌کند به عنوان یک "الکترون" و همتای متحرک آن در جهت عقربه‌های ساعت را به عنوان ذره "پوزیترون" برچسب‌گذاری می‌کنیم. به عنوان مثال، هیدروژن دارای یک الکترون منفرد است، بنابراین دارای یک پوزیترون است که خلاف جهت حرکت الکترون در مدار خود می چرخد. از سوی دیگر، هلیوم حاوی دو الکترون است تا اوربیتال «۱ س» خود را پر کند. در نتیجه، دو پوزیترون در طرف مقابل مدار دارد که در این فضای گنبدی دوتایی با حرکت مادی مخالف می چرخند. این دو فضای چرخشی متضاد از طریق هسته در نقطه میانی خود به هم متصل می شوند که برای گفتگو از آن به عنوان "خانه امینی" یاد می کنم.
Figure: U2

با این حال، توجه به این نکته ضروری است که هر اوربیتال تنها می تواند حداکثر دو الکترون را در خود نگه دارد. این نشان می دهد که در حالی که دو الکترون هلیوم می توانند به راحتی اوربیتال "۱ س" آن را اشغال کنند، الکترون سوم، همانطور که در لیتیوم یافت می شود، اشغال اوربیتال سطح انرژی بالاتر بعدی، اوربیتال "۲ س" را ضروری می کند.
Figure: U3

تاکید بر این نکته مهم است که چارچوب مفهومی ارائه شده در اینجا، شامل افزودن دو پوزیترون برای تعادل قدرت و ایجاد نواحی بار خنثی، از درک فیزیک کوانتومی مرسوم از ساختار اتمی متفاوت است. همانطور که به عنصر بعدی یعنی بور که دارای پنج الکترون است پیش می رویم، با سناریویی روبرو می شویم که در آن تعداد الکترون های بیشتری نسبت به اوربیتال های موجود وجود دارد. این منجر به ورود الکترون پنجم به سطح مداری انرژی بالاتر بعدی، اوربیتال "۲ پی" می شود. این اوربیتال یک شکل شش ضلعی منحصر به فرد دمبل مانند به خود می گیرد. در بین این سه اوربیتال "۲ پی"، هر کدام عمود بر اوربیتال های دیگر قرار دارند. با تجسم این، یک اوربیتال نارنجی در امتداد محور "زد" گسترش می یابد. یک طرف این اوربیتال ذره الکترون را در خود جای می دهد، در حالی که طرف مقابل میزبان ذره پوزیترون است. هر اوربیتال "۲ پی" می تواند حداکثر دو ذره را در هر طرف در خود جای دهد.
هنگامی که یک اتم انرژی می گیرد یا یک الکترون اضافی به دست می آورد، الکترون به اوربیتال "۲ پی" بعدی در امتداد محور "وای" مهاجرت می کند. متعاقباً، الکترون سوم در امتداد محور "ایکس" حرکت می کند. این آرایش منجر به عبور الکترون و پوزیترون از مسیرهای متمایز در مدارها می شود. این امر دانشمندان را وادار می کند که الکترون را به عنوان چرخش در هر دو جهت درک کنند، مشاهده ای که توسط دستگاه هایی که فعالیت غیر هماهنگ در ذرات الکترونی مرتبط با پوزیترون ها را اندازه گیری می کنند, این رابطه را تسهیل می شود. با این حال، ما تشخیص می دهیم که الکترون ها و پوزیترون ها از قوانین حرکت متمایز پیروی می کنند و در مدارهای متضاد می چرخند. از این رو، شرایط تجربی خاص ممکن است مشاهداتی از هر یک از این مدارهای متضاد را ارائه دهد.
Figure: U4

برای متمایز کردن این اوربیتال ها، برچسب های جداگانه ای به هر کدام اختصاص می دهیم که هر کدام با یک محور خطی مرتبط هستند. برای اوربیتال های "۲ پی"، آنها به صورت "۲پی وای, ۲ پی ایکس و ۲ پی زد" شناسایی می شوند. به طور مشابه، ذرات متضاد متناظر آنها در طرف مقابل اوربیتال ها قرار دارند. در نتیجه، اوربیتال‌های "پی" را می‌توان به شکل دمبلی با دو حلقه نشان داد. اوربیتال کامل "پی" در پوسته اتمی شامل سه اوربیتال دمبلی شکل است که اجازه اشغال حداکثر شش الکترون و شش پوزیترون را در این حوزه می دهد.
در حالی که اکنون همه اوربیتال ها کاملاً اشغال شده اند، به حالتی می رسیم که اوربیتال های "۱ س" و "۲س" هر کدام دو الکترون و دو پوزیترون را در خود جای می دهند. در همین حال، اوربیتال‌های "۲ پی" مجموعاً شش الکترون را در مسیر قرمز و شش پوزیترون را در مسیر آبی خود قرار می‌دهند. از طریق محاسبات، مجموع ده الکترون و ده پوزیترون را استنباط می کنیم که عنصر نئون را تشکیل می دهد. به عنوان یک گاز نجیب که در انتهای گروه جدول تناوبی یافت می شود، منحصر به فرد بودن نئون از شش الکترون آن ناشی می شود که منحصراً اوربیتال های "پی" را اشغال می کنند. در نتیجه، اتم‌ها به ظرفیت الکترونی خود می‌رسند و نمی‌توانند الکترون‌های اضافی را در خود جای دهند. این ویژگی متمایز، عناصر درون این گروه را به‌عنوان ذرات منفرد متمایز می‌کند، که در تضاد با مولکول‌های اکسیژن که در آن دو اتم اکسیژن با هم پیوند می‌خورند, است.
Figure: U5

در ادامه جدول تناوبی، سدیم با یازده الکترون خود به عنوان عنصر بعدی ظاهر می شود. الکترون اضافی بالاترین سطح انرژی موجود یعنی اوربیتال "۳س" را اشغال می کند. انرژی افزایش‌یافته این اوربیتال باعث می‌شود که الکترون‌ها در مقایسه با اوربیتال‌های "۱س, ۲س یا ۲ پی" که آنها را در بر گرفته‌اند، به‌طور متوسط دورتر از هسته قرار می گیرند. این انتقال مانند سایر اوربیتال‌های موجود در اوربیتال "۳س" ظاهر می‌شود، بنابراین سدیم را قادر می‌سازد تا جذب الکترون را در اوربیتال "۳س" آغاز کند. با پیشرفت بیشتر در جدول تناوبی، عناصر متعدد و مدارهای اضافی آشکار می شوند.
Figure: U6

انتقال به اوربیتال "۳س"، دارای انرژی بالاتری است و می تواند دو الکترون و دو پوزیترون را در خود جای دهد. سپس کاوش به اوربیتال های "۳ پی"، مشابه اوربیتال های "۲ پی"، متشکل از سه اوربیتال دمبلی شکل ادامه می یابد: " ۳ پی وای, ۳ پی ایکس, و ۳ پی زد". هر کدام از اینها می توانند دو الکترون و دو پوزیترون را در خود جای دهند.
با اشغال کامل هر اوربیتال، شامل دو الکترون در یک طرف و دو پوزیترون در طرف مقابل، در مجموع شش الکترون و شش پوزیترون در سه اوربیتال "۳پی" قرار دارند, که گاز آرگون تمام مدارهایش تکمیل میشود, و این عنصر منفرد باقی میماند.
با پیشرفت بیشتر، اوربیتال‌های سه‌بعدی پدیدار می‌شوند که پنج اوربیتال پنج ضلعی شکل را در بر می‌گیرند. این اوربیتال های "دی" می توانند تا ده الکترون و ده پوزیترون داشته باشند. سفر به اوربیتال های "۴ اف" که از هفت اوربیتال حلقه ای شکل تشکیل شده است ادامه می یابد. اوربیتال های "اف" ظرفیت تا چهارده الکترون و چهارده پوزیترون را دارند.
Figure: U7

به این ترتیب می توان با معرفی چندین مدار جدید و بزرگتر جدول تناوبی امینی را نتیجه گرفت. برای درک دقیق تر و واضح تر این موضوع، توجه شما را به مجموعه کتاب های دلو دعوت می کنم. این امر درک شما را بیشتر می کند و بینش بیشتری در مورد موضوع ارائه می دهد.