هندسه هسته اتم

میان فیزیک هسته‌ای و فیزیک اتمی شباهت های چشم گیری وجود دارد. در هر دو رشته اساسی‌ترین اطلاعات تجربی عبارت از تعیین گذارهای گوناگون میان حالت های مختلف انرژی به روش طیف نمودی است و همچنین در هردو رشته این اطلاعات را می‌توان در چارچوب معادلة شرودینگر بخوب تبیین کرد. سیستم های اتمی چند ـ الکترونی و سیستم های هسته‌ای چند-نوکلئونی را می‌توان برحسب حاصل جمع ویژه ـ حالتهای ذرات سازنده سازنده هر سیستم توضیح داد. به علاوه هم اتم هم هسته،به دلیل وجود ترازهای متمایز انرژی الکترون ها و نوکلئون ها، پوسته‌ها و زیرپوسته‎‌های کاملاً پایداری دارند.
جایی که میان این دو چارچوب نظری تفاوت های بارزی به چشم می‌خورد همان جایی است که آن ها را به صورت سیستم های چند ـ الکترونی و چندـ نوکلئونی "تصویر" کردیم. از یک طرف، آرایش هندسی سیستم های گوناگون تک ـ الکترونی به خوبی شناخته شده و عملاً در هر کتاب مقدماتی شیمی ارائه شده است. سیستم های چند ـ الکترونی را به صورت ترکیب خطی تعداد زیادی اوربیتال الکترونی درنظر می‌گیریم و پریشیدگی های اضافی ناشی از اصل طرد،دافعة کولنی و استتار الکترونی را برآن می‌افزاییم. ساختار الکترونی سیستم های اتمی، به رغم این پیچیدگی ها، در‌اساس بسیار ساده است و این ناشی از هندسة اربیتالهای الکترونی (ناپریشیده) است.
اما نظریة ساختار هسته،که در اساس مبتنی بر همین معادلة شرودینگر است و در قالب مدل ذرة مستقل(که ظاهراً شبیه همان مدلی است که در نظریة اتمی به‌کار می‌رود)توصیف می‌شود، به هیچ ساختار هندسی قابل تجسمی نمی‌انجامد.
چندی پیش ما و یکی از همکارانمان نشان دادیم که ویژه حالت های نوکلئون منفرد نیز هندسة منحصر به فردی دارد. ما این هندسه را، با توجه به این واقعیت که جایگاه های مجاز نوکلئون ها همان جایگاه های یک شبکة مکعبی مرکز رخ‌پر(FCC) اند،مدلFCC می‌نامیم. در اینجا نیز، مانند اتم، چیزی که باید روشن شود این است که آیا این هسته‌های چند ـ نوکلئونی چنین ساختار هندسی متمایزی را، حفظ می‌کنند، یا اینکه ساختار بنیادی FCC دچار پریشدگی و هیبریدی شدن می‌شود. درهر صورت، یافتة اساسی این است که، در اینجا هم مثل آرایش هندسی منحصر به فرد اورابیتال های الکترونی، ویژه-حالت-های نوکلئونی آرایش هندسی منحصر به فرد مرتبة اولی دارند. این ویژه ـ حالت ها برای نمایش هسته‌های چند نوکلئونی همانند معتبرند که مجموع اورابیتال های الکترونی هیدروژن برای نمایش اتم های چندالکترونی.
چیزی که از تناظر شبکة FCC با ویژه ـ مقدارهای نوکلئونی بحث انگیزتر است این تعبیر است که خود هسته فاز جامدی با آرایش FCC دارد. هرچند که این نظر تا به حال در مورد پیش بینی شعاع های RMS ‌ و انرژی های بستگی هسته‌ها و تضعیف جدول تناوبی در 110>Z مفید واقع شده است، ولی باید بسیاری چیزهای دیگر توضیح داده شوند تا مدل FCC به عنوان یک مدل وحدت یافتة ساختمان هسته مورد قبول واقع شود. فعلاً مدل FCC به عنوان یک مدل وحدت یافتة ساختمان هسته مورد قبول واقع شود. فعلاً مدل FCC همچنان مدلی بحث انگیز و نامتعارف بشمار می‌رود. درست است که یک نسل کامل فیزیکدانان هسته‌ای،‌هسته را یک "گاز"بی‌شکل ریز متشکل از پروتون و نوترون می‌دانسته‌اند ولی از نظر نباید دور داشت که مهندسی هسته‌ای هم بدون استفاده از تصاویر متداول موفقیت های بی‌مانندی را در کنترل فرایندهای هسته‌ای کسب کرده است. هنوز معلوم نیست که آیا مدل FCC فقط یک تمثیل هندسی عجیب غریب برای تفاوت های ناشناختة هسته‌ای است یا شالوده‌ای است برای یک نظریة هسته‌ای. نظریه‌ای که می‌تواند مدل های قبلی را در یک چارچوب نظری وحدت بدهد. بدون توجه به اینکه کدام یک از این دو تعبیر قوی و ضعیف مدل FCC سرانجام فائق شود می‌توان گفت که هستة اتم ساخت هندسی قابل تجسمی دارد که در چندین دهه‌ای که از عمر نظریة هسته‌ای می‌گذرد شناخته نشده است.