| Нуклоны. Ядерные силы. Изотопы (гипотеза) |
|
| Научные статьи - Ядерная физика |
В. Мантуров
Нуклоны. Ядерные силы. Изотопы(гипотеза)
Знание внутренней структуры протона и нейтрона может дать ключ к пониманию сильных взаимодействий Г. Кендал, В. Пановский
Предисловие
Автор признает, что такое представление (по гипотезе-см. ниже) структуры нуклонов, а из них ядер, наверное, не лучшее из возможных. Но даже эта модель позволяет объяснить многие-многие факты ядерной физики, в дальнейшем описать ядерные силы, (разумеется, с помощью компьютера) и признать, наконец, их электростатическую природу. Тем самым ядерные силы из особых вернутся в лоно электромагнитных .А это уже дорогого стоит. Туда же наверняка, вернутся и электрослабые силы.. Пользуясь правом автора и чтобы сразу же заинтриговать читателя, я решил, нарушив последовательность, указанную в заголовке, начать с изотопов. Дело в том, что изотопы, выявленные экспериментально, и получающиеся по гипотезе, совпадают принципиально (рис. 1). Такое совпадение следует непосредственно из особенностей структуры протона и нейтрона (см. рис. 2 и 3). Это позволит по новому интерпретировать некоторые давно известные гипотезы и теории, например, капельную и оболочечную модели ядер, возможные пути искусственной трансмутации и пр. Таким образом, гипотеза, хотя и может – и должна – оказаться спорной по многим другим трудным вопросам, на которые еще нет ответов, но не по изотопам.
Изотопы
На рис. 1 показано: а) изотопы, получающиеся по гипотезе. Они обозначены кружочками. б) внутри многих их них содержатся точки и звездочки. Это экспериментально найденные изотопы. Точки означают, что данные изотопы стабильны, звездочки – нестабильны. Все они попали в кружочки, чем и обнаруживается их хорошее совпадение, особенно на границе нейтроннонедостаточных изотопов. Что касается нейтронноизбыточных изотопов, то виден наметившийся разрыв между спектром изотопов уже известных и как бы следующих из гипотезы. Объяснение простое. Как автор этой гипотезы я признаю, что двумерное изображение структуры ядер (см. рис. 2), начиная с углерода и азота, дает сбой: необходимо переходить к трехмерным изображениям. Но использованные для этого символы нуклонов уже не годятся. Примечание: Неизбежно, что при использовании гипотезы для построения структурных схем ядер остальных элементов таблицы Менделеева включая уран, возникнут подобные же расхождения и относительно элементов средней части таблицы. Но здесь причина иная. Изотопов, найденных экспериментально, гораздо больше, чем это следует не только из гипотезы, но и из изотопного состава ядер, возникших в результате их естественного (постепенного путем трансмутационного присоединения) построения, по-видимому, еще в «холодном» состоянии. Причем «излишние» относятся в основном к нейтронноизбыточным изотопам. Причина такого расхождения состоит в том, что этими «излишними» изотопами являются «половинки» и осколки более тяжелых ядер, образовавшиеся в результате деления последних (спонтанно или в «горячем», т.е. в состоянии термояда), как это и следует из капельной модели и нашей гипотезы. Известно ведь, что чем больше атомный номер, тем больше и доля нейтронов в ядре этого элемента. Говорят, что это выгодно для протонов. На рис. 2 схематично изображены структуры легких ядер и их вариантов. Как видим, логика здесь имеет место, что и нашло свое отражение в совпадении изотопов, экспериментально найденных и полученных по гипотезе.
Вариантность структур ядер одного и того же химического элемента это одно из достоинств нашей гипотезы, так как раскрывает более глубинные структурные особенности ядер, о которых ядерная физика до сего времени не только не подозревала, но даже отвергала: «Термин «изомер» был взят из химии….Ничего подобного (структурного различия при одинаковом составе - ВМ) в случае ядерной изомерии мы не имеем. Нуклоны не занимают каких-либо определенных положений в ядре. Более того, каждый нуклон может изменить свое состояние, превратившись из нейтрона в протон и наоборот. Поэтому говорить о различных конфигурациях нуклонов в ядре в химическом смысле нельзя.».([6] с 31 и 38). Именно из-за этого термин «изомеры», которым в химии назывались структурные варианты химических молекул, в ядерной физике оказался занятым. А, между прочим, сверхтонкое расщепление спектральных линий можно объяснить не только «неточечностью» заряда ядра, но и вариантностью структур ядер и определенностью положений протонов в них.
Нуклоны
Нуклоны (протоны, нейтроны) по гипотезе представляют собою образования каждый из двух полунуклонов, как это показано на рис. 4а (протон) и 4б (нейтрон). Легко убедиться, что использованные на рис. 3 символы нуклонов вполне адекватны изображениям последних на рис. 4, но значительно проще их. По этой же причине ограничена и их применимость. Каждый из полунуклонов представляет собою квазикристаллическую структуру типа, например, каменной соли (NaCl), и потому имеет форму куба. Полунуклон полностью электронейтрален, так как содержит равное число и отрицательно и положительно заряженных частиц (см. раздел «об аннигиляции»). Ю. Широкова и Н. Юдина ([5] с 102-103 ) подобная мысль посещала: «…существование большого числа ядер, форма которых в равновесном состоянии несферична, с определенностью показывает, что у ядра имеются свойства, роднящие его с кристаллическим состоянием вещества». К сожалению, они отвергли эту мысль из-за убеждения в том, что нуклоны в ядре подвижны. По гипотезе предполагается, чтоа) каждая вершина кубического полунуклона занята отрицательно заряженной частицей; и это возможно при некотором усложнении его структуры, но с сохранением его в целом кубической формы; б) полунуклоны протона соединены как бы одной положительно заряженной частицей, как показано на рис. 4а. Не могу не обратить внимание читателя на следующее совпадение (если это – совпадение). У П. Колпакова [3] приведены экспериментальные данные (см. рис. 119 а) распределения электрического заряда для протона, полученные группой Р. Хофштадтера при исследовании упругого рассеяния электронов на нуклонах. Чтобы на этот счет согласиться с автором этих строк, достаточно принять, что нуль на рис. 119 совпадает с «точечным» положительным зарядом протона, когда протон находится в положении, как показано на рис. 4 а; или его полунуклоны расположены один за другим по направлению движения электронов; в) полунуклоны нейтрона стянуты (соединены) ребрами с помощью осевого стержня-керна (сердцевины), состоящего из равного числа отрицательно и положительно заряженных частиц, как показано на рис. 4б. Причем так, что до самых вершин полунуклонов, заряды, образующие керн, не доходят всего на одно место. Тем самым у нейтрона формируется как бы два углубления-гнезда с остронаправленными короткодействующими градиентами электростатического поля отрицательного знака. Наличие двух таких гнезд придают нейтрону в ядре исключительно важную роль. Примечание: на все последующие «Почему так?», тем более если это окажется действительно так, ответы придется спрашивать у Природы. Так было с таблицей Д. Менделеева, с постулатами Н. Бора и в ряде др. случаев. Интуиция. Факт, например, и то, что специалисты по математической физике на некоторые полученные ими (каким-то интуитивным путем) решения отвечают, что правильность найденного решения проверяется его подстановкой.
Ядерные силы
Отвлечемся пока от кулоновских сил, действующих между протонами в ядрах, начиная с гелия. Тогда ядерные или сильные взаимодействия, как теперь несложно придти к такому выводу, по своей природе следует отнести к электростатическим. У них много особенностей, но у них нет особой природы. Особенности ядерных сил обусловлены характером электростатических полей нейтрона. И в первую очередь это связано с наличием у нейтрона двух «гнезд». Это к ним могут быть присоединены два протона. Тем самым отыскиваются объяснения и короткодействующему характеру ядерных сил, и их свойству насыщения, и плотности упаковки ядер нуклонами, и однородности ее по объему ядра. Это одним из них может быть захвачен позитрон, вследствие чего нейтрон превратится в протон, в протон нейтронного происхождения. И соответственно –тритий в гелий-3. Разумеется, что протон нейтронного происхождения (ПНП) может и лишиться ранее захваченного позитрона, превратив тем самым данное ядро в его изобар предыдущего элемента. Не менее важную роль играет система заряженных частиц, образующих керн сердцевины нейтрона. Выше уже говорилось, что его торцевые заряды участвуют в формировании остронаправленных градиентов полей «гнезд». А в совокупности все его заряженные частицы не только прочно связывают оба полунуклона нейтрона, но образуют еще более короткодействующие притягивающие электростатические поля. Вследствие этого они «вступают в работу» после того, как к одному из гнезд нейтрона почти присоединится протон или за счет своей кинетической энергии другой нейтрон. Потому что и тот и другой (особенно последний) при этом должны преодолеть еще более короткодействующие (в статике) поля граней полунуклонов. По своей совокупности заряженных частиц керна поле, образованное ими, гораздо сильнее поля, создаваемого гнездами. Но оно и более короткодействующее. Тем самым становится «прозрачной» причина такой особенности ядерных сил как зарядовая независимость. В этой связи нельзя согласиться с точкой зрения уважаемых авторов ([11] с 30): «Из гипотезы зарядовой инвариантности ядерных сил следует, что нет связанного состояния ни у двух нейтронов ( n2 – динейтрона), ни у двух протонов (р2 – дипротона). Из нашей гипотезы следует обратное: возможны и динейтроны, и дипротоны. В последнем случае это будет гелий-2, образованный в результате соединения протона нейтронного происхождения, например, с обычным протоном. Чтобы обосновать точку зрения об особой, специфической природе ядерных сил, физики прибегают к следующему приему. Говорят [10, 11, 12], что величина ядерных сил на несколько порядков выше сил электромагнитной природы. И ссылаются при этом на сравнения величин: или напряженности электрического поля в окрестности орбиты электрона атома водорода, (примерно 5,6х1010 В/м, тогда как напряженность электрического поля у поверхности ядра составляет примерно 8,5х1020 В/м) (см. Колпаков П. Е. [3] с 131-132). Или величин энергии взаимодействия (энергия связи электрона с ядром атома водорода составляет около 5-8 эВ, а энергия связи протона с нейтроном превышает 1 МэВ). В основу такого сравнения положена квантовомеханическая идея о том, что нуклоны в ядре подвижны и вращаются на своих орбитах, подобно электронам в атомах. И как в атомах, казалось, что электронные волны де Бройля существенно больше размеров атома (например, волна де Бройля электрона в основном состоянии атома водорода), так и в многонуклонных ядрах волна де Бройля любого нуклона превосходит размеры ядра. Наша гипотеза о квазикристаллической природе и нуклонов и, следовательно, ядер позволяет полагать, что никаких вращательных движений в ядрах атомов не происходит, что не нужны никакие обменные силы. Да и сама идея об обменных силах весьма искусственна: «Совместить свойство насыщения с короткодействующим характером ядерных сил удалось, предположив, что силы взаимодействия между протоном и нейтроном являются обменными силами.» ([6], с 44 ). А на стр. 184 (там же) вынужден признать (под давлением экспериментальных фактов), «что ядерные силы не могут быть чисто обменными силами, а являются, по-видимому, комбинацией обычных (курс. Мой - ВМ) и обменных сил…». Обычные силы - это какие силы? Идея об обменных силах не единственная, с помощью которой пытаются проникнуть в тайны сильного взаимодействия. «Не следует забывать, -пишет В. Соловьев ([13] с 10 ), что физика элементарных частиц возникла на пути изучения природы ядерных сил и построения теории ядра». Как и полагается кристаллам, они подвержены колебаниям, сжатиям, растяжениям и иным деформациям вплоть до развала на «половинки», на осколки и даже превращаться в ливни (при катастрофических для них ударах космических частиц высокой энергии). Энергии взаимодействий и величины полей необходимо сравнивать с теми, которые имеют место при так называемой аннигиляции электрона и позитрона. И расстояния, до которых сближаются (до величины 1,4х10-13 см) протон и нейтрон, и энергии, которые при этом их характеризуют, не просто одного порядка, а практически совпадают: 1 МэВ. Заметим, что такая малая величина относится только к дейтрону, да и то она примерно в два с небольшим раза больше 2,2 МэВ. И это подтверждает нашу гипотезу, так как заряд протона останавливается не на расстоянии классического радиуса электрона (2,8х10-13 см), как это имеет место при падении друг на друга электрона и позитрона, а в два раза меньшее, поскольку заряд протона попадает на пустое место гнезда. Ведь «гнездо» только имитирует заряд электрона, но там нет самого электрона. Это лишний раз подтверждает, что природа ядерных сил электростатическая. Особенности же и ядерных сил и кулоновских выглядят более убедительно, если их демонстрировать на примере образования гелия-3, а не дейтрона (см. рис. 5). Именно на примере образования гелия из протона и дейтрона можно ощутить обусловленность их взаимодействия и сил, развиваемых при этом вследствие наличия у нейтрона двух гнезд. Ибо нейтрону с его специфическими электростатическими полями и принадлежит роль цементирующего слоя между ближайшими к нему всего 2-мя - 4-мя нуклонами во всех ядрах, начиная с гелия. И не только это. На рис. 5 показан дейтрон, одно гнездо нейтрона которого свободно. (и к нему приближается протон), а также силы (качественно), которые при этом действуют. Этот рисунок позволяет понять важнейшую особенность сильного взаимодействия, обусловленного наличием у нейтрона двух электростатических гнезд.. Это позволяет радикальным образом изменить наши представления и о составляющих сильного взаимодействия, и о соотношениях между ними, а в общем - об их сущности. Дело в том, что пространственное разобщение гнезд образует условие, состоящее в том, что начало координат на оси (направлении действия сил) собственно ядерных сил совпадает с центром гнезда-дырки, в то время как начало координат (на этой же оси) системы, отражающей действие кулоновских сил, совпадает с центром второго гнезда. Это значит, что системы координат, в которых они «работают» разнесены на характерное для нейтрона расстояние. И хотя это показано на примере ядерной реакции возникновения гелия-3 из дейтрона и протона, такой или аналогичный физический механизм имеет место и в более сложных ядрах. И в них одно гнездо нейтрона присоединяет к себе протон, а второе (еще одно его назначение) - всегда блюсти (!!!) дистанцию между ближайшими протонами, ослабляя тем самым кулоновские силы. Последние, хотя и образуют пространственный заряд, но он допускает вариантность, а его структура и обусловлена, и удерживается ядерными силами. Авторы ([11] с 166-168) обсуждали вопрос о существовании нейтронных капель и пришли к выводу, что это возможно. И наша гипотеза допускает их образование и существование, особенно если учесть, что и нуклоны, и полунуклоны могут «слипаться» своими гранями. Да и существование нейтронных звезд это подтверждает.
Об аннигиляции
Переходим к одному из запутаннейших в физике вопросов. Физический вакуум. Каков он, если в нем происходят такие процессы как исчезновения устремившихся друг к другу свободных (до того) электрона и позитрона с излучением 2-3 гамма-квантов, и процесс обратный, рождение такой же пары благодаря воздействию на вакуум гамма-кванта, величиной, большей чем 1,2 МэВ? И в этой связи сошлемся на В. Шелеста [9], который признал, что «Самые интересные процессы, происходящие в микромире - рождение и уничтожение частиц. А они оказались неподвластны квантовой механике» (с 51).»Значит, теория, которая неспособна описать такой круг явлений, неполна и недостаточна» (с 54). Исчезновение «упавших» в объятия друг другу частиц, спору нет, происходит на самом деле. А вот интерпретация такого события взаимно исключающая. В самом деле, аннигиляцией назвали этот процесс потому, что в результате него, якобы, происходит превращение массы этих частиц в энергию, согласно знаменитой формуле Эйнштейна Е=mc2, где m - масса обеих частиц, а c - скорость света. Понятно, раз такое превращение частиц в эквивалентную их массам энергию произошло, то в этой точке пространства ничего и не должно остаться. «Поезд ушел» в виде двух волн де Бройля с энергией по 0,511 МэВ каждая. Но имеет право на существование и иная, альтернативная ныне принятой интерпретация. «Точка», о которой идет речь, не осталась пустой. В ней поселилась электрически нейтральная, а потому и не поддающаяся обнаружению пара прильнувших друг к другу в объятиях электрона и позитрона. Они теперь образовали пару в виде гантельки. А можно сказать и так (да простится мне это!), что они объединили свои односпальные мешки в двуспальный. Множество таких гантелек-диполей образуют своеобразную решетку Изинга. Невидимая часть Вселенной и, следовательно, пространственно бесконечный физический вакуум - это безграничная в пространстве решетка Изинга и, возможно, основная масса Вселенной. Это она, решетка Изинга, ответственна за все происходящие в Природе электромагнитные явления и процессы, а, возможно, и гравитационные. Но и это еще не эфир. Эфир еще тоньше. Он заполняет все пространство между гантельками решетки Изинга и т.д. Но это уже выходит за пределы интересов автора. Решетка Изинга является промежуточной материей и средой между конденсированной из нее известной нам материей и сверхтонкой составляющей эфира. Вот из таких гантелек-диполей и построены все остальные (помимо электронов и позитронов) многочисленные «элементарные» частицы, в том числе и нуклоны. Не случайно поэтому Р. Фейнман «…назвал «партонами» неизвестные точечные составные части протона и нейтрона, на которых происходит неупругое рассеяние электронов высокой энергии. Фейнман предположил, что партоны являются точечными частицами…» ([10] с 11-12). И именно нуклоны для нас важнее всех остальных так называемых элементарных осколков из нуклонов и блоков из этих осколков. И именно поэтому наша гипотеза имеет дело только с протонами, нейтронами, электронами и позитронами. (Из электронов и позитронов, возможно, построены и мюоны и пионы). Лишнего нам не надо. Подтверждением тому, что в результате «аннигиляции» остаются и спарившиеся электрон с позитроном в виде гантелек-диполей, является тот факт, что величина потенциальной энергии, которой обладали эти частицы, находясь как бы в бесконечности друг от друга, тоже эквивалентна, (а на самом деле в точности равна) величине, угаданной А. Эйнштейном. Это величайшая из загадок Природы. Но она не может служить мировоззренческим основанием для оправдания представления об аннигиляционных процессах, якобы, происходящих в Природе. Частицы и античастицы в Природе имеют право на возникновение и существование. Но только к электрону и позитрону применимо равенство между определенным интегралом их потенциальной энергии, когда они еще разобщены, и эйнштейновской «эквивалентностью» их масс. Дело в том, что их потенциальная энергия превращается в кинетическую, которая в свою очередь превращается в энергию двух волн де Бройля, сопровождающих каждую из этих частиц, «сидя» на них, и покидающих своих родителей и носителей в виде двух гамма-квантов в момент лобового столкновения этих частиц и их слияния в гантельку. Расстояние, до которого сближаются электрон и позитрон при так называемой аннигиляции, в физике называется классическим радиусом электрона. Оно равно r0 = e2/mc2 и численно ~ 2,8х10-13 см Оно вместе с тем выполняет роль энергетического индикатора, роль ограничителя минимального расстояния, с которого начинаются взаимодействия между этими частицами (и об этом говорится и в Теории поля Л. Ландау и Е. Лившица стр. ) и тем самым роль геометрических связей, делающих теорему Ирншоу, не применимой и к этому случаю, и к выше описанным квазикристаллическим построениям нуклонов из, наверное, электронов и позитронов или из построенных из них таких «блоков», как мюоны и пионы.
Об электрослабых взаимодействиях
Роль гнезд нейтрона сказывается и на этом понятии. Подтверждением этому служит не редко наблюдающееся превращение нейтрона в протон и обратно. Достаточно внимательно вглядеться в изображенные на рис. 4а и 4б протон и нейтрон, чтобы убедиться в том, что иначе и быть не может: только к одному из гнезд нейтрона может присоединиться (быть захваченным) позитрон. Аналогичное превращение происходит и при захвате позитрона одним из нейтронов тритона. В результате такого бета-распада возникает гелий-3 и электрон. Говорят (со времени Ферми), что вылетает еще и нейтрино. Иначе, якобы, будет нарушен энергетический баланс. Но давайте задумаемся, ну зачем этому эфемерному нейтрино взваливать на себя бремя частицы. Если в результате нарушения энергетического баланса наблюдается такой разброс (спектр) величин энергии, который ничем объяснить нельзя. Проще признать, что при захвате позитрона нейтроном сам позитрон к этому моменту мог быть и совершенно свободным, что соответствовало бы началу упомянутого спектра (нулю или около нуля), и буквально вырванным из объятий электрона (из гантельки), если для этого пришлось употребить гамма-квант с энергией не менее определенной для данного ядра величины, с какой и кончается спектр. А все, что кроме, - разные степени возбужденного состояния гантельки и удаленности ее от нейтрона-захватчика. Теперь нетрудно догадаться, что возможен и обратный только что описанному процесс. Он известен как бета-плюс-распад. Потому что «избыток» протонов в ядре вынуждает один из поверхностных протонов нейтронного происхождения избавиться от ранее захваченного им позитрона. Здесь тоже возможны и различные степени энергетического состояния, и разные ситуации. Например такая: только что исторгнутый из ядра позитрон немедленно спаривается с электроном из одного из ближайших к ядру электронного слоя. В этом случае говорят, что произошел К-захват (конверсионного электрона). И это тоже можно понять. Таким образом, и электрослабые взаимодействия по своей природе следует возвратить в лоно электромагнитных явлений и сил.
О пятом типе взаимодействия
Говорят, что если они и существуют, то относятся к весьма слабым силам. Скорее всего гипотеза об их следах навеяна такими, в частности, явлениями как телепатия и аналогичными этому представлениям, когда какой-то сигнал достигает адресата практически без потерь энергетической величины информации даже в тех случаях, когда этот сигнал преодолевает весьма значительные расстояния. В принципе здесь нет ничего удивительного. Такими свойствами обладают волны де Бройля и, в частности, фотоны как разновидности волн де Бройля [7, 8, и 14]. Поскольку они тороидальны, то они сохраняют и свою энергию и тороидальную форму. Их тороидальность обусловлена стягивающим свойством поверхностных циркуляций векторного потенциала. Вот эти силовые циркуляции векторного потенциала и можно отнести к пятому типу взаимодействий. Но, как видим, они тоже относятся к электромагнитным и явлениям, и силам. Сверхпроводящие токи Мейсснера демонстрируют нам и наличие слабых сил, и их малость: они не в состоянии преодолеть омического сопротивления в несверхпроводящем состоянии проводника. Но они могут быть и сверхсильными в виде гамма-кванта. Гамма-квант – это тоже тороидальная волна де Бройля. А тороидальность всех видов волн де Бройля обусловлена наличием «оболочки» из поверхностных циркуляций векторного потенциала. Векторный потенциал – силовой вектор. Но его силовой эффект обратнопропорционален длине волны де Бройля. А у сверхпроводников работающие там волны де Бройля заданы внешними геометрическими размерами, т.е. на примерно восемь порядков больше, чем длина волны гамма-кванта. Отсюда и слабость сил пятого типа взаимодействий. Зато, повторяюсь, только они и могут распространяться в пространстве на любые расстояния, сохраняя заложенную в них энергию. И может быть именно они являются теми переносчиками информации и энергии, которые выдают за «торсионные» и вокруг которых разгорелись такие баталии.
Выводы:
Как автор я не настаиваю на принятии именно вышеописанной структурной гипотезы нуклонов. Но идея о квазикристаллической природе нуклонов и ядер из них; об обладании нейтроном двумя гнездами с остронаправленными градиентами электростатического поля отрицательного знака, позволяющими нейтрону превращаться в протон нейтронного происхождения и обратно в нейтрон; и, следовательно, об электростатической природе ядерных сил и пр. должна быть принята в арсенал альтернативных идей.
P.S. А. Компанеец ([12] с 70-72) пришел к выводу, что «Для построения теории ядерных сил нет недостатка в опытных фактах и особенно в воображении…» А вот В. Шелест ([10], с 147) предупреждает: «Только не увлекайтесь…построением теорий ради теорий!» И этим он как бы напомнил об оценке ситуации, данной М. А. Марковым: «…все эти теории развивались, главным образом, работая на себя, как это часто бывает - согласно известному закону Паркинсона…»
Использованная литература
Рис. 1 Спектр изотопов известных и по гипотезе
Рис. 3 Структура ядер водорода и гелия-4
Рис. 4 Схематичное и структурное изображение протона, нейтрона и ПНП
|
