微生物の可能性

原子核に一番近い電子殻K殻電子は、原子核内にも分布確率(電子軌道)を持っている。γ崩壊するエネルギーの高い原子核というのは、エネルギーを放出して安定したい励起状態で振動しているわけで、核内の全運動が全て高エネルギー状態なわけだ。そして安定した静かな運動に移るときの減速するエネルギーを光子(電磁波)として放出するのが、γ崩壊で、それは核内電荷の振動を反映した光子なので、波長が短くγ線なわけだ。

核内電荷には原子核を構成する陽子や中性子中の負電荷も存在するが、K殻S電子の分布による負電荷も同時に存在している。励起エネルギーが放出される際に、K殻電子がこれを受け取ると、S電子は加速され、原子外へはじき飛ばされる。γ線を放出する代わりに高エネルギーな電子が飛び出してくる現象で、内部変換と呼ばれている。この場合は原子核自体はβ崩壊のように核種が変化することはない。飛び出すのはK殻電子だから。

内部崩壊により原子核は励起エネルギーを失って安定核種となるが、同時に原子全体としてはK殻電子を失うことになるので、イオン化される。電子を失ったK殻へは外側の殻から電子が落ちて穴を埋めるので、その際のエネルギー落差がX線として放出されるか、もしくはさらに不対電子の弾き飛ばし(オージェ電子放出)が起きて、多重イオン化する。イオン化に必要なエネルギー分を差し引いたエネルギーが、X線もしくは電子のエネルギーとして放出されることになる。

電子殻の波動関数は原子核を貫いている。とくにS軌道の電子は間違いなく核内に見出されうる。S軌道をS軌道で電子が利用するのは、教科書や原子が単独の場合であり、分子を構成する場合には、事情が複雑になる。すなわち混成軌道をとる分子に参加している原子のS電子を特定することは出来ない。となると、分子や錯体を作る原子、複雑な有機化合物を構成する原子の原子核には元々の帰属の分からない電子がうっすらと常に存在していることになる。


原子核の運動エネルギーにはスピン運動量というのがある。原子番号と質量数がともに奇数の原子核は半整数のスピン量子数と磁気双極子モーメントを持つ。そういう核種の原子は小さな磁石と見なすことができる。原子核に磁場をかけると、その小さな磁石は歳差運動を行なう。この歳差運動には核種固有の周波数があり、ラーモア周波数と呼ばれる。その原子核に対してラーモア周波数と同じ周波数で回転する磁場をかけると磁場と原子核の間に共鳴(磁場のエネルギーが吸収されたり、放出さたりする)か観察される(核磁気共鳴NMR)。ラーモア周波数は基本的に核種固有のものであるが、実はその原子の化学結合状態などによって若干変化すること(化学シフト)が知られている(この差を利用すると、医療現場で使われているMRIなどの技術になる)。

化学シフトの仕組みは、化学結合に関与している電子の分布確率が分子によって異なるからである。電子が核内にも分布するため、原子核が磁場から受けとり、放出するエネルギーが影響を受けるのだ。原子固有ではなく、分子特有であり、実は分子は分子同士でも相互作用を受けており、高分子になれば、分子構造も変化する。

NMR分光分析やMRIには強い制御された磁場が必要である。磁場がなければ、共鳴は起きない。
しかし生体を構成する分子は、すべてL型分子といった具合に光学特性(光の旋回性)が偏っている。アミノ酸は全てL型であり、D型を与えると生物には致死的なダメージとなる(サリドマイド事件)。光や熱は電磁波であり、分子の光学特性がどちらかに偏っているということは、生体分子を構成する原子は光や熱を受ける環境中では一定の方向性を磁場中をに置かれているということになる。ラーモア周波数と同じというわけにはいかないが、磁場が存在するなら、双極子モーメントとの間には相互作用は生じるし、その相互作用が一定の周期性を持つならば、同じ構造をもったもの生体分子間では原子核は共鳴できる。少なくとも可能性は否定できない。

原子核崩壊に化学結合は影響を与えることができるか。あまり知られていないが、核内電子密度の変化によって、核による電子捕捉頻度やγ崩壊の崩壊定数が変化することは研究は少ないものの知られているようだ。
しかしγ崩壊に関して、γ崩壊か内部転換になるのかは偶然にしか決まらないのか、どちらかに偏る/偏らせる条件はあるのかはまだまだ謎、複雑で微妙すぎてそうは研究が進まないだろう。

内部転換が核内に分布する電子との相互作用であるなら、ある化合物を構成する分子結合からくる特定の電子雲の分布は、そうではない電子の分布とは内部転換の頻度は異なると考える方が自然のように思える。

量子論的には、確率的に起こりそうな反応には、虚の量子=未来からの借り物=物質の借金をしても良い。

生体分子中にγ崩壊するエネルギーの高い原子番号と質量数がともに奇数の原子核がある場合、それが生体分子であるなら、その原子核同士は自身の励起エネルギーと分子構造がもたらす光学的性質との間でエネルギーが共鳴しながら存在しうる。もしオージュ電子を常に捕捉しうる反応系があり、それが同時に殻電子の核内分布を高めるなら、γ崩壊が減り、内部転換とオージュ電子の放出という経路で励起エネルギーはより多く流れるだろう。そして1原子核の励起エネルギーの減少は、それと共鳴しながら存在している他の励起状態の原子核からエネルギーを共鳴により抜き出すか、虚の量子により、オージュ電子を誘導するだろう。


ある種の微生物に期待するとすれば、こんな理論が背景になるはずだ。

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