| Слабые взаимодействия. Новые представления (2 редакция) |
|
| Научные статьи - Ядерная физика |
|
Для запада В. В. МантуровСлабые взаимодействия. Новые представления
Гипотеза автора о кристаллической структуре нуклонов и квазикристаллической структуре ядер приводит к новым представлениям и о слабых взаимодействиях. Главное в гипотезе: нейтрон обладает двумя гнездами с локальными электростатическими полями отрицательного знака, к которым могут присоединиться два протона или один позитрон. В последнем случае нейтрон превращается в ПНП – протон нейтронного происхождения. Статус позитрона в ПНП менее прочен (пасынок), чем протонов, и потому временами происходят и бета-распады и К-захваты. Электростатическая природа и сильных и слабых взаимодействий сводит их к единой природе – электромагнитной.
С точки зрения автора [15], [16], нуклоны представляют собою образования из двух полунуклонов кубической формы. Каждый полунуклон состоит из равного числа противоположно заряженных частиц (например, из электронов и позитронов), причем так, что каждая вершина кубика занята отрицательно заряженной частицей. Полунуклоны протона соединены одной положительно заряженной частицей (напр., позитроном) так, что соответствующие их главные диагонали образуют одну прямую [15], [16]. В отличие от протона полунуклоны нейтрона соединены ребрами, связующим звеном которых служит керн. Концы керна у вершин ребер, соединенных керном, лишены конечных зарядов. Такое строение нейтрона создает у него два гнезда в виде локальных градиентов электростатических полей отрицательного знака. Каждое гнездо может присоединить один протон. Силы ядерного (взаимодействия) притяжения, возникающие при этом между протоном и нейтроном, складываются из двух компонент. Прежде всего, это сила притяжения «дальнодействующего» положительного заряда протона гнездом нейтрона. А после их сближения вступают в действие силы притяжения между соответствующим ребром протона и керном нейтрона. Эти силы существеннее первых. Именно они, вторые, и определяют глубину потенциальной ямы, энергию связи, насыщение… Однако нейтрон одним своим гнездом может присоединить (захватить) позитрон вместо протона. В этом случае нейтрон превратится в протон нейтронного происхождения (ПНП). Такие метаморфозы физикам известны давно, но было не ясно, как и почему они происходят. Наша гипотеза позволяет понять эти процессы, ответить на множество трудных вопросов и устранить противоречия, накопившиеся за десятилетия в ядерной физике [15], [16], поскольку сводит все виды ядерных взаимодействий (сильных, электромагнитных и слабых) в единый вид – электростатические с электромагнитными процессами. Одно из достоинств нашей гипотезы – это новое представление о физическом механизме слабых взаимодействий, раскрытию которых и посвящена настоящая работа. *** Как правило, рассмотрение и обсуждение процессов бета-распадов начинают с описания бета-минус распада. Последуем этому примеру и мы.
Бета-минус распад. Классическим примером для рассмотрения такого распада является бета-минус распад нейтрона. Принято полагать, что при бета-минус распаде свободного нейтрона n он превращается в протон p и из него (нейтрона или ядра) «вылетает» или «испускается» [1 - 14] электрон e и антинейтрино ν . С помощью символов это записывают так: n → p + e- + ν (1) Наша гипотеза позволяет описать эту (1) реакцию иным образом. Нейтрон с периодом полураспада до тысячи секунд одним из своих гнезд захватывает позитрон, превращаясь в протон нейтронного происхождения (ПНП). Следовательно, масса протона – ПНП, возникающая при β- распаде, не только не меньше массы нейтрона, а больше на массу позитрона. Но такая реакция невозможна, если придерживаться современной теории ядерных процессов. А она идет, да еще с приращением массы у протона-ПНП. Но откуда взяться позитрону? В этом основной вопрос. В природе их, позитронов, бесчисленное множество, но все они находятся в связанном состоянии, образуя то, что физики называют «морем Дирака». С нашей точки зрения, это -- океан из диполей-гантелек, образующих решетку типа решетки Изинга [15], [16]. Свободные позитроны появляются, как известно, только при возникновении пары e-,e+ . Следовательно, чтобы вырвать позитрон из «моря Дирака», необходимо соблюсти по меньшей мере два условия. Первое, обладать гамма-квантами hν ≥ 1,022 МэВ. Второе, «избранная» диполь-гантелька (e-e+), избранная сложившимися случайными обстоятельствами, не частыми, и потому получившими название слабых взаимодействий, должна быть рядом с гнездом нейтрона. Рядом с таким нейтроном (это -- дополнительное условие), который стремится трансформироваться в протон-ПНП. Это явление характерно для нейтронно-избыточных ядер. Наша гипотеза отвечает и второму и дополнительному требованию. Гнезда нейтрона расположены у его поверхности, на периферии, да и сам такой нейтрон -- тоже на поверхности ядра. Диполь-гантелька (e-e+) своим e+ -зарядом уже смотрит вглубь нейтронного гнезда с полем отрицательного знака. Не хватает «случайного» гамма-кванта. Лишь при таком сочетании обстоятельств гамма-квант отдаст свою энергию «избранной» паре, разорвет, разъединит ее. Позитрон в миг устремится в гнездо нейтрона. Электрону не остается ничего, как «вылететь» из нейтрона или ядра. Но его и не было ни в нейтроне, ни в ядре. Поэтому реакцию (1) необходимо переписать в следующем виде [n + hν] → [n + (e-e+)] → [(n + e+) + e-] + hνo (2) Второе слагаемое в первой квадратной скобке – это откуда-то «случайно» залетевший гамма-квант. В первой круглой скобке – это «избранная» из дираковского моря диполь-гантелька. А вот вторая круглая скобка, в которой заключены нейтрон и позитрон, представляют собою ПНП – протон нейтронного происхождения. Последнее слагаемое в (2) – это остаток энергии (получивший имя «нейтрино») от «случайного» гамма-кванта.
*** Бета-плюс распад. Вот в этом виде распада позитрон действительно вылетает из ядра, конкретнее – из принадлежащего ядру ПНП. Поэтому вместо реакции принятого формата p → n + e+ + ν (3) следует теперь писать [ПНП + e- ] → [n + (e+ + e-)] → [n + (e-e+)] → n + hν (4) Механизм таков. Электрон, реально приблизившийся к ПНП, - первая квадратная скобка,– выполняет важную роль: он похитил позитрон, спровоцировав его на «побег» из ПНП. Этому похищению очень помогает положительный заряд ядра. Возможно, что без такой помощи одиночные ПНП – ядра водорода -- и не распадаются. В ядре атома водорода позитрону в составе ПНП весьма комфортно существовать. Нет в таком ядре (водорода) выталкивающих кулоновских сил. А орбитальный электрон вращается на очень большом удалении от ядра по сравнению с атомами более тяжелых элементов. Но и в последних на электроны первой оболочки наложено табу, запрещающее им падать на ядро. Физики так и не обнаружили распад протонов. Для них протон – неограниченно стабильная частица. А парадокс с массами (3) объясняют примерно так [14 с 30, 110]: раз протон превращается в более массивный нейтрон вопреки установившимся воззрениям, то, значит, в ядрах действует принцип: «с миру по нитке – голому рубашка». «Мир» здесь все нуклоны ядра. Возможно, в этом и состоит сущность загадочного «дефекта массы»? Легко догадаться, что во второй квадратной скобке (4) позитрон, вылетевший из ПНП, устремился в объятья электрона. Позитрон не может существовать самостоятельно и потому немедленно объединяется с электроном-провокатором, и теперь уже в виде пары (диполь-гантельки) возвращается в «море Дирака». Процесс завершается превращением бывшего квази-протона (ПНП) в нейтрон, а пары – в полновесную порцию энергии ( hν = 1,022 МэВ) в виде двух квантов по 0,511 МэВ. Это те волны де Бройля [18], которые сопровождали и электрон и позитрон, сидя на них, при их ускоренном движении друг к другу и которые были сброшены их носителями при столкновении. Такие процессы (и К-захват) характерны для нейтронно-дефицитных ядер.
Заметим, что если ПНП приписать спин=1 (ПНП состоит из нейтрона и позитрона), то во всех трех собирательных скобках (4) участвуют по три фермиона. Нейтрино здесь, как и в (2) – «четвертый лишний». Эксперимент, поставленный американскими физиками Ф. Рейнесом и К. Коуэном в 1953 году [1,7], в основном совпадает с механизмом β+ -распада в нашей интерпретации (см. выше). Здесь позитрон, «соблазненный» электроном (К-захват), образует пару диполь-гантельку с излучением энергии 1,022 МэВ. На долю и «слабости взаимодействия» и участия в этом процессе нейтрино приходится только случайность «соблазнения». Нужно ли ему обладать ради такого амплуа статусом частицы с нулевой массой, неопределенной энергией и фантастической всепроникающей способностью? И еще. Вряд ли участвующий в этом процессе нейтрон смог покинуть ядро (отнюдь не водорода, стабильного, но более тяжелого элемента сцинилятор), чтобы быть поглощенным кадмием. Не для этого нейтронно-дефицитное ядро (изотоп) подвергается бета-плюс распаду. Оно таким путем «открывается» для того, чтобы принять протон вместо позитрона и вернуться в долину стабильности с начальным Z. Второй гамма-квант образовался при участии случайно подвернувшегося свободного нейтрона из котла. И быть может, что оба эти гамма-кванта также случайно окажутся в нужном месте и в нужный момент для двух событий бета-минус распадов. В них высвободятся по одному свободному электрону. А они окажутся случайно необходимыми для β+ -распада. И так далее (слабо) по кругу в процессе превращения нестабильных изотопов в стабильные.
Использованная литература
|