Слабые взаимодействия. Новые представления Печать
Научные статьи - Ядерная физика

В. В. Мантуров

Слабые взаимодействия. Новые представления

 

Развивается гипотеза автора о квазикристаллической природе и структуре нуклонов и ядер и как главное следствие из нее: его же гипотеза о том, что нейтрон обладает двумя локальными электростатическими «гнездами», к которым могут присоединиться два протона или один позитрон. В последнем случае нейтрон превращается в ПНП- протон нейтронного происхождения (в отличие от естественных протонов). «Положение» позитрона в ПНП менее прочно (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.

 

Напомним кратко отличие гипотезы автора от принятых воззрений в этой области физики. По гипотезе [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.

Протон представляет собою два полунуклона, соединенные одним позитроном (положительным зарядом) так, что соответствующие главные диагонали полунуклонов образуют одну прямую [15,16].

Нейтрон отличается от протона тем, что его полунуклоны соединены ребрами, связующим звеном которым служит керн. Концы керна у вершин тех ребер, которые соединены керном, лишены конечных зарядов. Такое строение нейтрона создает у него как бы два «гнезда» в виде локальных градиентов электростатических полей отрицательного знака. Каждое «гнездо» поэтому может присоединить один протон. Причем силы ядерного взаимодействия, возникающие между протоном и нейтроном с образованием дейтрона или тритона, определяются при этом не только и даже не столько взаимодействием между зарядом протона и полем гнезда нейтрона. Они возрастают при этом в несколько раз и за счет еще более короткодействующей связи, возникающей между зарядами керна и зарядами соответствующего ребра протона. Этим объясняются многие особенности ядерных сил (сильных взаимодействий) и, в частности, глубина потенциальной ямы.

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 понятно, как и почему это происходит. Наша гипотеза позволяет понять эти процессы. Это не только очень многое проясняет, но позволяет разобраться и с физическим механизмом так называемых слабых взаимодействий. Но только применительно к протонам и нейтронам. Такова точка зрения автора и его самоограничения: гипотеза имеет дело только с нуклонами, а кроме того с электронами и позитронами, и никакого – с остальными элементарными частицами.

Это давняя авторская «конструкция». Она специфична. Читатели вправе выдвинуть свои «конструкции». Не следует лишь выплескивать и ребенка с водой. Доминантой для понимания ядерных сил и ядерной физики является сохранение гипотезы о наличии у нейтрона подобных двух «гнезд» и керна.

Преимущества нашей гипотезы по сравнению с известными теориями состоят в том, что наша гипотеза отвечает сразу почти на все множество трудных противоречий и вопросов, накопившихся за десятилетия в ядерной физике [15],[16]. В частности сводит все виды ядерных взаимодействий (сильных, электромагнитных и слабых) в единый вид – электростатические с электромагнитными процессами.

И одним из достоинств нашей гипотезы является новое представление о физическом механизме процессов слабых взаимодействий. Раскрытию именно этих процессов 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-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 записывают это так:

n p + e- + ν (1)

Примечание: в силу возникновения некоторых сложностей с обозначением антинейтрино и нейтрино ниже такие различия в их обозначениях применяться нами не будут. Это, кстати сказать, соответствует и взгляду автора, согласно которому этих эфемерных частиц в природе не существует. Они были «изобретены» Паули и Ферми, чтобы объяснить дисбаланс энергии, возникающий при рассмотрении таких явлений. Дисбаланс усматривался в том, что, так как масса нейтрона больше массы протона, то при распаде нейтрона должна выделяться энергия. Эта энергия передается электрону и эта энергия должна быть фиксированной по величине. Но спектр энергии, приобретаемой электронами, оказался сплошным. Разницу между фиксированной и реальной энергией электрона и приписали некоей частице, названной «нейтрино».

На самом деле такая реакция по нашей гипотезе протекает следующим образом. Нейтрон с периодом полураспада примерно в тысячу секунд одним из своих гнезд захватывает позитрон и превращается в протон нейтронного происхождения (ПНП). Следовательно, масса появляющегося при бета-минус-распаде протона 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 и с приращением массы («энергии») у протона (теперь ПНП)!!!

Но откуда взяться позитрону? В этом–то все дело. Позитроны «на дороге не валяются». В природе их бесчисленное множество, но все они находятся в связанном состоянии, образуя, как говорят физики, «море Дирака». По нашей гипотезе это море-океан из диполей-гантелек есть не что иное как бесконечная в пространстве решетка типа решетки Изинга. Справедливее было бы называть ее решеткой Мак-Келлога-Максвелла-Изинга-Мантурова, решеткой ММИМ (или КМИМ ?), потому что по гипотезам (любого из названных авторов) для ММИМ характерны отклики в виде вращательных колебаний и смещений (вспомните токи смещения Максвелла) на любое движение заряженной частицы. Электромагнитная «среда» в силу этого, если она будет построена со временем на основе представлений названных имен и их гипотез, сможет, видимо, заменить все ранее предлагавшиеся модели эфира. И в первую очередь модели типа твердого и студнеобразного тела.

Решетка ММИМ это бесконечная решетка из пар электрон-позитрон, диполей, принявших вид гантелек. Они на самом деле не исчезают после их так называемой «аннигиляции» [15], [16]. Они просто перестают быть на виду. Их нельзя обнаружить, потому что они электронейтральны. Но им незачем превращаться в эквивалентную энергию. Пока они были на «бесконечном» удалении друг от друга их потенциальной кулоновской энергии было ровно столько, сколько и выделяется в виде двух квантов по 0,511 МэВ при их «якобы» аннигиляции.

Почему это равенство имеет место, никто не знает. Но А. Эйнштейн как-то догадался выразить это в ставшей знаменитой его формуле E = mc2. Кстати заметить, что эта же формула была выведена за пятнадцать лет до него Оливером Хевисайдом [17]. Ее и теперь нетрудно вывести, вооружившись найденным автором [18] соотношением

A = (mc/e) v, (2)

где A – векторный потенциал, m и e –масса и заряд электрона, v - его скорость, а с – скорость света. Эта связь описывает электромагнитное поле (циркуляцию векторного потенциала и всегда единственный квант магнитного потока), которым обладает тороидальные и ВДБ- волна де Бройля и фотон [18], так как фотон – это ВДБ, покинутая электроном. Если устремить v к ее пределу, к скорости фотона- света с, то только что приведенная формула примет вид

E = һν = eA = mc2 (3)

Здесь выражены энергии и электрона, точнее, его волны де Бройля (eA), и фотона (һν). Разумеется, автор этими выкладками не претендует ни на что. Это все и давно известно кроме, разумеется, (2). Иным путем лишь выведено.

Но они (e- и e+) -- частицы. Они частицы, способные образовывать пару. В этом (в виде пары) состоянии они и остаются на расстоянии, равном по величине классическому радиусу электрона. Иначе кому был бы нужен «классический радиус электрона», после их так называемой аннигиляции. Он не виртуален, он реален. Частицы исчезают из виду, а они сами (пара) и расстояние, разделявшее их в момент «аннигиляции», сохраняются. Этим, кстати сказать, обстоятельством подтверждается и та мысль, что на самом деле «классический радиус электрона» примерно в равной степени принадлежит и электрону и позитрону, и не исключено, что с некоторым превосходством у электрона. Тогда (если с превосходством у электрона) становится понятным, почему электроны в полунуклонах нашей гипотезы занимают места всех их вершин и тем самым создаются «гнезда» у нейтрона.

Но продолжим. Итак, откуда взяться позитрону? Чтобы вырвать его из «моря Дирака», необходимо соблюсти по меньшей мере два условия. Первое, обладать гамма-квантами не менее 1,022 МэВ. Второе, «избранная» пара (e-e+), избранная сложившимися обстоятельствами, случайными, не частыми, и потому получившими название слабых взаимодействий, должна быть рядом с ядром, лучше, с тяжелым ядром. Говорят даже, что расстояния, их (ядра и «избранной» пары) разделяющие, должны быть намного меньше радиуса действия ядерных сил и размеров нуклона. И этому требованию отвечает наша гипотеза: гнезда нейтрона расположены у его поверхности, на периферии.

Диполь-гантелька своим положительным зарядом уже «смотрит» вглубь нейтронного «гнезда» отрицательного знака. Не хватает «случайного» гамма-кванта. Лишь при таком сочетании обстоятельств гамма-квант отдаст свою энергию «избранной» паре, разорвет, разъединит ее. Позитрон немедленно устремится в гнездо нейтрона. А электрону не останется ничего, как «вылететь» из нейтрона или ядра.

Как же часто физикам приходилось в «нужном» случае доказывать, что электрон не может поместиться в ядре, и тем более в нуклоне, а в ином, например, в рассматриваемом случае говорить, что электрон «вылетает из ядра». И они вынуждены были мириться с такой несуразицей. Наша гипотеза все ставит на место и тем самым освобождает физиков от подобных ситуаций. Дело в том, что по нашей гипотезе, повторимся, полунуклоны представляют собою квазикристаллические кубики, похожие на кристаллики поваренной соли. Только вместо системы ионов они представлены системами из электронов и позитронов. Их там, электронов и позитронов, почти по тысяче в нуклоне. Кулоновские силы, связывающие их, не менее чем на десять порядков существеннее, чем в атомарных кристаллах. Но вспомните: даже из кристалликов не вырываются ионы. А тут на десять порядков прочнее. Поэтому нельзя говорить, что из ядра или нуклона «вылетел» электрон. Этого ему не дано.

Продолжим. В силу выше изложенного, теперь реакцию (1) необходимо записать в следующем виде

n + һν → [n + (e+e-) ] → [(n + e+) + e- ] + һνo (4)

Второе слагаемое здесь – откуда-то «случайно залетевший» сюда гамма-квант. Первая скобка () – это «избранная» из дираковского моря диполь-гантелька. А вот вторая скобка (), в которой заключены нейтрон и позитрон, представляет собою ПНП – это уже протон нейтронного происхождения.

Последнее слагаемое в (4) – это и есть тот остаток энергии первоначального гамма-кванта, который был назван «нейтрино» и который против желания физиков вынужден обладать сплошным спектром. А очень хотелось, чтобы он был дискретным, иначе как такую неопределенность энергетического статуса нейтрино называть частицей. Но «назначили» частицей, дали имя нейтрино и «подарили» свойство всепроникающей частицы. Жалко, что ли!?

Остаток энергии (последнее слагаемое) назван остатком потому, что он ничем не ограничен, кроме того, что не может превысить величины гамма-кванта, первоначально принявшего участие в данной реакции бета-распада. Неопределенность величины остатка обусловлена неоднозначностью расстояния, с которого происходит процесс захвата позитрона гнездом нейтрона. Нейтрон ведь в тысячу раз тяжелее (больше по массе) чем «избранная» пара. Поэтому и он при этом приобретает некоторый импульс. И на это затрачивается некоторая энергия. Но это не главная составная часть отъема энергии у гамма-кванта при приобретении позитрона у диполь-гантельки. Чем ближе «избранная » пара находилась у гнезда нейтрона, тем меньшая доля отбирается у соучастника, у гамма-кванта. Тем, следовательно, больше энергии оставалось для, якобы, нейтрино. С другой стороны, если нейтрон находится в составе ядра, то захвату позитрона нейтроном противостоит и заряд всех протонов данного ядра. И на это расходуется энергия гамма-кванта. Понятно, что все эти обстоятельства не работали на облик дискретности нейтрино. Его таким придумали, зная уже о его энергетической неопределенности.

***

Бета-плюс-распад. Вот в этом виде распада позитрон действительно вылетает

из ядра, конкретнее, из принадлежащего ядру ПНП. Поэтому вместо реакции обычной формы (простейшей по записи)

p n + e+ + ν (5)

следует теперь писать

(ПНП + e-) [n + (e+ + e-)] → [n + (e-e+)] n + һν (6)

Как видим, электрон, реально приблизившийся к ПНП, а у нас в (6) приплюсованный к нему, выполняет важную роль: он похитил позитрон, спровоцировав его на «побег» из ПНП. Этому «похищению» очень помогает положительный заряд ядра. Возможно, что без такой помощи свободные ПНП и не распадаются. Физики ведь так и не обнаружили распад протонов. Для них протон -- неограниченно стабильная частица. И именно потому, что протон не имеет права превращаться в более массивный нейтрон. А так как он все-таки превращается, то в [14 с 30, 110] объяснено это тем, что «с миру по нитке – голому рубашка». «Мир» здесь все нуклоны ядра. В этом, видимо, и состоит суть до сих пор загадочного «дефекта массы». На самом деле позитрону в составе ПНП -- ядре атома водорода, очень удобно существовать. Нет в таком ядре выталкивающих кулоновских сил. А орбитальный электрон вращается на очень большом удалении по сравнению с атомами более тяжелых элементов. Следовательно, говорить, что позитрон «вылетает» из нуклона или ядра, здесь уместно. Этот механизм особенно отчетливо проявляется при так называемом К- захвате.

Вслед за первой стрелкой в (6) мы видим нейтрон и позитрон уже раздельными. И не просто раздельными, а в такой ситуации, когда позитрон устремился в объятия электрона. Позитрон не может существовать самостоятельно и потому немедленно объединяется с электроном-провокатором, и теперь уже в виде пары (диполь-гантельки) возвращаются в «море Дирака». Дело завершается превращением бывшего квазипротона (ПНП) в нейтрон, а пары, якобы, – в гамма-квант-излучение. Гамма-кванты это те волны де Бройля, которые сопровождали электрон и позитрон, устремившиеся навстречу друг другу с возрастающими скоростями, «сидя» на них, и которые покинули их при столкновении. А это заметная энергия, измеряемая примерно в единицах МэВ.

Заметим кстати, что если ПНП приписать спин = 1, (ПНП состоит из нейтрона и позитрона), то во всех трех собирательных скобках участвуют по три фермиона. В конце (6) гамма-квант, полноценный по величине 1,022 MэВ со спином = 1, а не ущербный, как в (4) остаточный. И даже если он в (6) составной, т.е. и два кванта по 0,511 МэВ, и три и один, все равно это один «бозон». Нейтрино здесь четвертый-лишний. И в (4) он лишний, если пренебречь остаточной со сплошной по спектру величиной фотона.

Следовательно, по шкале величин энергии слабые бета-плюс-распады нельзя относить к слабым. В литературе этот процесс оговаривается условием: такой протон – квазипротон = ПНП, как по нашей гипотезе, не может не состоять (физики неосознанно готовы к этому) в ядре. Такими ядрами являются ядра нейтроннодефицитных изотопов.


 

***

Эксперимент,поставленный американскими физиками Ф. Рейнесом и К. Коуеном в 1953 году [7] в их интерпретации в основном совпадает с механизмом бета-плюс-распада в нашей интерпретации (см. выше). Здесь позитрон, «соблазненный электроном» (К-захват), образуют пару-гантельку с излучением гамма-кванта (1,022 МэВ). На долю и «слабости взаимодействия» и участия в этом процессе нейтрино приходится только случайность «соблазнения». Нужно ли ему обладать для такого «амплуа» статусом частицы с нулевой массой, неопределенной энергией и фантастической всепроникающей способностью?

Вряд ли и участвующий в этом процессе нейтрон смог покинуть ядро, чтобы быть поглощенным кадмием. Не для этого нейтроннодефицитное ядро (изотоп) подвергается бета-плюс-распаду. Оно, ядро, таким путем «открывается» для того, чтобы принять протон вместо позитрона, и стать более стабильным ядром с первоначальным числом Z. Второй гамма-квант образовался при участии случайно подвернувшегося свободного нейтрона (из котла). И может быть, что оба эти гамма-кванты случайно оказались в нужном месте и в нужный момент для двух бета-минус-распадов, в которых высвобождаются по одному свободному электрону. А они тоже окажутся случайно необходимыми для бета-плюс-распада. И т.д. по кругу, к превращению радиоактивных изотопов в более стабильные изотопы.

 

Использованная литература

  1. Физическая энциклопедия
  2. Физический энциклопедический словарь
  3. Широков Ю. М. и Юдин Н. П. Ядерная физика М 1972
  4. В глубь атома Сб. статей М 1964
  5. Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц М 1988
  6. Парнов Е. И. Дальний поиск М 1963
  7. Дубовой Э. И. По следам невидимок М 1985
  8. Григорьев В. И. Мякишев Г. Я. Силы в природе М 1988
  9. Пономарев Л. И. Под знаком кванта М 1989
  10. Матвеев А. Н. Атомная физика М 1989
  11. Ферми Э. Элементарные частицы М 1953
  12. Ципенюк Ю. М. Принципы и методы ядерной физики М 1993
  13. Александров Ю. А. Фундаментальные свойства нейтрона М 1982
  14. Ракобольская И. В. Ядерная физика М (МГУ) 1981
  15. Мантуров В.В. Нуклоны. Ядерные силы. Изотопы Актуальные проблемы современной науки 4 (7) М 2002
  16. Мантуров В. В. Ядерные силы. Предложение разгадки ТМ № 2 М 2006
  17. Карцев Вл. Приключения великих уравнений М 1970
  18. Мантуров В.В. Фотон. Каков он? и Масса фотона Международная академия Межакадемический информационный бюллетень 20 Юбилейный 300-летию Великого города Петра посвящается.