Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов
Электрические и магнитные моменты ядер от водорода до кислорода (II часть)

Oб авторе


Приведено краткое описание тетраэдрной модели атомных ядер. Рассчитаны спин (S), электрический (Q0) и магнитный (µ) моменты ядра 6Li.


Введение

Данная работа представляет собой вторую часть работы [1]. Ознакомление с первой частью совершенно необходимо для понимания данной работы.


Содержание работы

В первом разделе, излагается суть тетраэдрной модели ядра. Во втором разделе вычислено значение квадрупольного электрического момента ядра лития-6, а в третьем разделе – значение спина и дипольного магнитного момента.


I. Краткое изложение тетраэдрной модели ядра

В основу тетраэдрной модели положена модель нуклонов в виде поверхности Боя.

Поверхность Боя представляет собой одну из 3-х простейших разновидностей замкнутых односторонних поверхностей, на основе которых образованы все частицы материи. Поверхность Боя лежит в основе класса адронов, в который входят нуклоны.

Поверхность Боя содержит 3 лепестка, которые невозможно отделить друг от друга: лепестки могут существовать только в составе поверхности Боя, тогда как вне поверхности они не имеют математического смысла. Соответственно, «отделенные» от поверхности Боя лепестки не могут соответствовать какой-либо физической реальности: то, что невозможно описать математически – не существует в природе.

3 лепестка поверхности Боя естественно отождествить с тремя кварками, которые входят в состав барионов, составляющих половину класса адронов.

Кварк – это лепесток поверхности Боя, который соединен с долей связки проективных прямых, наделяющей кварк массой, зарядом и спином.

Из понимания кварков, как лепестков поверхности Боя, непосредственно следует конфаймент кварков. Кварки невозможно выбить из адронов, поскольку лепестки неотделимы от поверхности Боя: лепестки невозможно «оторвать» от поверхности, поэтому кварки не могут находиться в «свободном» состоянии.


Примечание. Вторая половина класса адронов – мезоны – образуются, когда заряд одного из 3-х лепестков равен нулю. Данный лепесток целесообразно также считать кварком (обладающим нулевым зарядом) – это устраняет различие между мезонами и барионами по количеству входящих в них кварков. Одна из разновидностей (тяжелых) мезонов получается, когда один из лепестков поверхности Боя оказывается связанным с двумя одинаковыми долями связки прямых, имеющих противоположные ориентации.


Знак заряда определяется ориентацией прямых связки: каждая прямая может иметь только 2 ориентации, поэтому электрический заряд может иметь только 2 знака.

Величина кваркового заряда определяется долей связки, которая соединена с данным лепестком. Абсолютная величина заряда кварка может составлять либо 0, либо (1/3)е, либо (2/3)е, е – единичный заряд, соответствующий (полной) связке прямых.

Масса и спин также определяются свойствами прямых связки: масса порождается натяжением прямых связки, а спин – их кручением.


Примечание. Сам факт наличия у проективных прямых натяжения и кручения находит объяснение в проективной космологической модели, в которой Вселенная имеет форму кватернионного проективного пространства.


Точечные заряды кварков (их также будем именовать кварками) располагаются в непосредственной близости от вершин лепестков. Вследствие этого, когда нуклоны сближаются друг с другом вершинами своих лепестков, расстояние между кварками, принадлежащими соседним нуклонам, уменьшается до сотых долей Фм. На таком расстоянии кулоновская энергия взаимодействия u-кварка и d-кварка, в расчете на один кварк, достигает величины нескольких Мэв (~ -3 Мэв). Поскольку каждый нуклон встроен в ядерную конструкцию всеми тремя кварками, энергия взаимодействия нуклона с окружающими нуклонами в атомных ядрах может достигать 3*(-3 Мэв) ~ -9 Мэв. Данной энергии достаточно для объединения нуклонов в ядра, что позволяет сделать вывод:


атомные ядра образуются за счет кулоновского взаимодействия кварков соседних нуклонов, сближенных на расстояние в сотые доли Фм.


Примечание. Это поразительный для современной физики вывод: «Как это можно?» – воскликнут все профессора и академики – «Нейтрон вообще не обладает электрическим зарядом, а протоны имеют положительный заряд и их отталкивание разорвет ядро, поэтому без сильного взаимодействия никак не обойтись». Ответ предельно прост: каждый нуклон представляет собой (чуть более сложно устроенный) электрический диполь, поэтому в объединении нуклонов за счет электрических сил нет ничего странного: образование ядер происходит точно так же, как «слипание» диполей.


Естественно, возникает вопрос: «Почему нуклоны являются диполями?».

Ответ заключается в «неслиянности и нераздельности» лепестков поверхности Боя. Поверхность Боя имеет 3 разнесенных друг от друга лепестка, поэтому, если в вершинах лепестков (за счет фокусирования прямых связки, выполняющих функцию электрических силовых линий) возникают (+) и (-) заряды, неизбежно образуется электрический диполь.

Другой вопрос: «Почему нуклонные диполи не наблюдаются?».

Ответ весьма неожиданный. Существование нуклонных диполей проявляется весьма «зримо»: физики уже 80 лет наблюдают эти проявления, но не замечают этого. Такими проявлениями являются «аномальные» магнитные моменты нуклонов: именно вращение (+) конца имеющегося внутри протона диполя порождает магнитный момент протона, а вращение (-) конца диполя нейтрона порождает магнитный момент нейтрона.

Особенностью нуклонного диполя является то, что один конец диполя образован зарядом непарного кварка, а другой конец – зарядом морских кварков. Благодаря эффекту поляризации морских кварков, внутри нуклонов происходит пространственное разделение (+) и (-) заряженных морских кварков. В нейтроне (+) заряженные морские кварки с большей вероятностью рождаются вблизи d-кварков, тогда как (-) заряженные морские кварки преимущественно рождаются вблизи электрицентра данной пары d-кварков (в протоне – ситуация аналогична). Заряд этого электрицентра является тем концом диполя, вращение которого приводит к появлению магнитного момента нуклонов [1].

Таким образом, данная модель объясняет важнейшие экспериментальные факты, касающиеся электрического и магнитного радиуса протона, а также магнитного радиуса нейтрона: все эти радиусы совпадают друг с другом. В квантовой хромодинамике данное совпадение остается загадкой. Согласно проективной модели строения нуклонов, в обоих типах нуклонов магнитный момент создается вращением зарядов, расположенных на одинаковом расстоянии от оси вращения, откуда и следует совпадение всех 3-х радиусов.

Еще одним важным следствием данной модели является принципиально новый механизм взаимодействия нуклонов. При сближении нуклонов на предельно малые расстояния, распределение наведенных зарядов морских кварков внутри нуклонов претерпевает изменение. Происходит возмущение в «море» морских кварков: заряд электрицентра «раздваивается» и каждая из этих частей (переменная в пространстве и во времени) взаимодействует с аналогичными частями другого нуклона. Кроме того, вклад во взаимодействие начинают вносить одноименные валентные кварки, которые постепенно освобождаются от экранирующего действия морских кварков.


Примечание. Количественный расчет описанного механизма и нахождение закона межнуклонного взаимодействия требует больших компьютерных мощностей.


При максимально тесном сближении вершин нуклонов, когда валентные кварки оказываются в непосредственной близости друг от друга, происходит объединение этих кварков в (n,m)-узлы. Каждый (n,m)-узел представляет собой совокупность определенного количества (n) u-кварков и определенного количества (m) d-кварков, собранных в объеме порядка (10-5 - 10-6) объема всего ядра. Именно (n,m)-узлы служат «креплениями», которые скрепляют нуклоны в атомных ядрах.

(n,m)-узлы играют определяющую роль в формировании физических свойств атомных ядер. Именно в (n,m)-узлах сконцентрированы все имеющиеся в ядре массы, заряды и спины (поскольку все эти 3 величины являются принадлежностью кварков). Знание кварковой формулы позволяет определить распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра, что, в свою очередь, позволяет вычислить все физические величины, которые характеризуют атомные ядра, включая электрический и магнитный моменты.

Проблема вычисления Q0 и µ атомных ядер сводится к построению конструкции каждого конкретного ядра и нахождению его кварковой формулы.


1. После определения конструкции ядра, для нахождения Q0 останется найти положение электрицентров, которые образованы внутри нуклонов зарядами 3-х (n,m)-узлов, в которые встроены эти нуклоны, а также положение электрицентра всего ядра.


Примечание. В нуклонах, которые входят в состав ядерных конструкций, возникает новое распределение морских кварков (отличное от распределения в свободных нуклонах). Вид данного распределения определяется величинами зарядов 3-х (n,m)-узлов, в которые встроены 3 валентные кварка данного нуклона.


Степень сферической не симметрии в расположении нуклонных электрицентров относительно электрицентра ядра, как целого, определяет квадрупольный момент ядра.


2. Для нахождения µ требуется определить положение оси вращения, а также найти моменты инерции и количества движения данной ядерной конструкции.


Примечание. Момент количества движения ядра определяется суммарным спином всех (n,m)-узлов без учета спина узлов, в которые входят непарные кварки нуклонов, совершающих индивидуальное вращение в своих ячейках ядерной конструкции. Эти нуклоны не передают свой спин ядру и создают собственные магнитные моменты.


После этого определяется частота вращения ядра и величина токов, которые создают нуклонные электрицентры при вращении ядра, как целого. В свою очередь, зная величину токов, находим порождаемые этими токами магнитные моменты.

С помощью этих 2-х нехитрых правил вычисляются величины Q0 и µ любого ядра.

Достоинством тетраэдрной модели атомных ядер является то, что она объединяет положительные стороны капельной и оболочечной модели. Согласно тетраэдрной модели, ядро – это капля, в которой положения и ориентации нуклонов строго упорядочены, и эта капля имеет слоистое строение. Как отмечал автор в ранних работах, атомное ядро в большей степени похоже на каплю смектического жидкого кристалла или – на молекулу фуллерена, в которой имеется несколько (соединенных между собой) сферических слоев.


Примечание. В отличие от кристаллов, ядерный каркас (в ячейках которого располагаются нуклоны) не заполняет плотно пространство. Ячейки каркаса имеют форму правильных тетраэдров, которыми невозможно «замостить» пространство.


Поскольку тетраэдрная модель включает в себя основные черты капельной и оболочечной моделей, в рамках тетраэдрной модели находят качественное объяснение все основные свойства ядер: величина удельной энергии связи, периодическая зависимость ядерных свойств от числа нуклонов, наличие магических ядер и т.д.

Задача дальнейшего исследования – добиться количественного согласия вычисленных с помощью тетраэдрной модели параметров каждого конкретного ядра с экспериментальными величинами.

Для решения этой задачи, необходимо уточнить пространственное расположение узлов ядерного каркаса, в которых располагаются (n,m)-узлы ядерных конструкций. Выбор системы координат указан в [1] (начало координат – в центре нулевой ячейки).

4 узла первого слоя узлов ядерного каркаса формируются вокруг 4-х вершин нулевой ячейки. Расстояние каждого из этих узлов до начала координат равно радиусу описанной сферы: r1 = (1/4)*61/2*а ~ 1,22 Фм, здесь а ~ 2,0 Фм – длина ребра ячейки.

Положение узлов второго слоя совпадает с положением вершин правильных тетраэдров, построенных на 4-х гранях нулевой ячейки, как на своих основаниях. Расстояние (r2) этих узлов от начала координат равно сумме радиуса вписанной сферы r = (1/12)*61/2*а ~ 0,41 Фм и высоты тетраэдра h = (2/3)1/2*а ~ 1,63 Фм: r2 ~ r + h ~ 2,04 Фм.

Численные значения координат узлов второго слоя, находятся элементарными геометрическими методами: достаточно использовать только теорему Пифагора.

Вершина №5 (направленная на наблюдателя) имеет нулевую Х-координату. Тангенс угла наклона к оси У отрезка, который соединяет вершину №5 с началом координат, равен отношению 1/3 части высоты правильного треугольника к высоте правильного тетраэдра. Этот тангенс равен tg φ = 1/(2*21/2), поэтому sin φ ~ 0,34, cos φ ~ 0,94. Это позволяет найти У- и Z-координаты узла №5: у(5) ~ (r2)*cos φ ~ 1,92 Фм, z(5) ~ (r2)*sin φ ~ 0,69 Фм.

Вершины №6 и №7 имеют такое же значение Z-координаты: z(6) ~ z(7) ~ z(5). Длина проекции отрезка длиной (r2), соединяющего начало координат с вершиной №7, на плоскость (ХУ) равна аналогичной величине для вершины №5, т.е. R = (r2)* cos φ ~ 1,92 Фм. Данная проекция располагается к оси Х под углом 30о, а к оси У – под углом 60о. Соответственно, находим: х(7) ~ R* cos 30о ~ 1,66 Фм и у(7) ~ -R* cos 60о ~ -0,96 Фм. Из соображений симметрии, х(6) ~ -1,66 Фм и у(6) ~ -0,96 Фм.

Нахождение координат вершины №8, которая расположена на оси Z вертикально вниз, не требует дополнительных вычислений: это (0, 0, -2,04). Собирая все полученные результаты, запишем координаты всех 4-х узлов второго слоя ядерного каркаса (в Фм):

№5: (0, +1,92, +0,69),

№6: (-1,66, -0,96, +0,69),

№7: (+1,66, -0,96, +0,69),

№8: (0, 0, -2,04).


Примечание. Прямая проверка показывает, что расстояние между каждой из этих точек и любым из 3-х ближайших узлов первого слоя равно 2,0 Фм, т.е. координаты узлов второго слоя найдены правильно (в работе [1] была допущена ошибка).


Полученные значения координат 8ми (n,m)-узлов ядерного каркаса необходимы и достаточны для вычисления Q0 и µ всех ядер до 16О включительно. Для более тяжелых ядер требуется найти координаты третьего слоя, а после ядра 40Са – четвертого слоя узлов.

Для дальнейших вычислений потребуются (однородные) барицентрические координаты. По определению, барицентрические координаты (В0 : В1 : В2) любой точки плоскости, расположенной в 3-мерном пространстве, связаны с аффинными координатами (х, у, z) данной точки соотношениями:

х = (х0В0 + х1В1 + х2В2)/(В0 + В1 + В2),

у = (у0В0 + у1В1 + у2В2)/(В0 + В1 + В2),

z = (z0В0 + z1В1 + z2В2)/(В0 + В1 + В2),

здесь (х0, у0, z0), (х1, у1, z1), (х2, у2, z2) – аффинные координаты неколлинеарной тройки точек, которые принадлежат данной плоскости (данная тройка точек определяет как саму плоскость, так и систему барицентрических координат). В нашем случае, такой тройкой точек всегда будут являться 3 вершины рассматриваемой грани ячейки ядерного каркаса.

Физический смысл барицентрических координат состоит в том, что точка А с координатами (В0 : В1 : В2) является центром тяжести 3-х масс m0 = В0, m1 = В1, m2 = В2, помещенных соответственно в точках (х0, у0, z0), (х1, у1, z1), (х2, у2, z2). Подставив эти значения В0, В1, В2 в формулы, получаем аффинные координаты центра тяжести.


Примечание. В случае «чистой» геометрии, когда вершины треугольника не нагружены массами, барицентрические координаты равны: В0 = 1, В1 = 1, В2 = 1.


Введенные в работе [1] понятия электрицентра и спиницентра имеют точно такой же математический смысл, только массы заменены на заряды или спины: электрицентр – это барицентр зарядов, а спиницентр – это барицентр спинов.


II. Электрический момент ядра 6Li

Как было установлено в I части, кварковая формула 6Li имеет вид:

{6Li} = {(2,2), (2,2), (2,2), (2,1) | 0, 0, 0, (1,2)}.

Смысл данной формулы таков. В 3-х вершинах основания нулевой ячейки расположены (2,2)-узлы, в вершине нулевой ячейки находится (2,1)-узел, в вершинах 3-х тетраэдров второго слоя, построенных на боковых гранях нулевой ячейки, (n,m)-узлы отсутствуют, в вершине тетраэдра второго слоя, построенного на основании нулевой ячейки (вертикально вниз), имеется (1,2)-узел.

Основу ядерного каркаса 6Li составляют боковые поверхности 2-х правильных тетраэдров, поставленных друг на друга. Верхний тетраэдр – это нулевая ячейка, нижний тетраэдр построен на ее основании и «смотрит вниз». Данный объект представляет собой замкнутую поверхность, составленную из 6 правильных треугольников, поэтому ее естественно именовать «треугольный гептаэдр». Это почти правильный многогранник, только число треугольных граней равно не 4 или 8, как в тетраэдре или октаэдре, а 6.


Примечание. Треугольный гептаэдр – это нечто «среднее» между тетраэдром и октаэдром: число вершин равно 5 (а не 4 или 6), а число ребер равно 9 (а не 6 или 12).


На 6 гранях треугольного гептаэдра построены (как на своих основаниях) прямоугольные тетраэдры, которые моделируют 6 входящих в 6Li нуклонов. В верхней части конструкции расположены 2 тетраэдра-протона и один тетраэдр-нейтрон, а в нижней части – один тетраэдр-протон и 2 тетраэдра-нейтрона. Верхняя часть конструкции имеет форму ядра 3Не, а нижняя часть – форму ядра 3Н: конструкцию ядра 6Li можно рассматривать как объединение конструкций ядер 3Не и 3Н:

Центральный кор ядра 6Li составлен из 6 прямоугольных тетраэдров, которые построены на 6 гранях треугольного гептаэдра.

В соответствие с кварковой формулой, все 18 кварков, которые имеются в ядре 6Li, распределены по 5 вершинам треугольного гептаэдра следующим образом: 12 кварков входят в состав 3-х (2,2)-узлов, расположенных в средней части треугольного гептаэдра, а остальные 6 кварков образуют (2,1) и (1,2) узлы, которые расположены в верхней и нижней точках треугольного гептаэдра. Заряды этих 5 узлов равны, соответственно, +(2/3), +(2/3), +(2/3), +1, 0. Эти 5 зарядов поляризуют морские кварки во всех 6 нуклонах, составляющих ядро 6Li, создавая наведенные заряды в 6 электрицентрах.

Положение электрицентров находится с использованием барицентрических координат. Для каждого нуклона значения барицентрических координат совпадают с величинами зарядов 3-х (n,m)-узлов, в которые встроен данный нуклон, деленными на количество кварков М = (n + m), которое содержит данный узел. Величина множителя объясняется тем, что заряд (n,m)-узла делится между М нуклонами, т.к. каждый нуклон вносит в данный конкретный (n,m)-узел один кварк. Координаты (n,m)-узлов известны, поэтому нахождение координат каждого из 6 электрицентров не представляет сложности.

Поскольку заряд (1,2)-узла равен нулю, электрицентры 3-х нижних нуклонов данной конструкции располагаются в середине 3-х ребер основания нулевой ячейки. Координаты этих электрицентров:

1е = (0, +0,58, -0,41), 2е = (-0,50, -0,29, -0,41), 3е = (+0,50, -0,29, -0,41).

Заряд каждого из этих 3-х электрицентров равен 1/3, а квадрат расстояния до оси симметрии (оси z): (R1)2 = х2 + у2 ~ 0,34 Фм2.

Барицентрические координаты каждого электрицентра 3-х верхних нуклонов имеют величину (1/3 : 1/6 : 1/6). Заряды, находящиеся в этих электрицентрах, равны 2/3.

Координаты вершин передней грани нулевой ячейки равны (+1, +0,58, -0,41), (-1, +0,58, -0,41), (0, 0, +1,23). Подставляя эти величины в формулу для барицентрических координат, находим:

хе5 = [(+1)*(1/6) + (-1)*(1/6) + 0*(1/3)]/(2/3) = 0

уе5 = [(+0,58)*(1/6) + (+0,58)*(1/6) + 0*(1/3)]/(2/3) ~ +0,29

zе5 = [(-0,41)*(1/6) + (-0,41)*(1/6) + (+1,23)*(1/3)]/(2/3) ~ +0,205,

второй индекс координат (х, у, z) указывает номер узла второго слоя ядерного каркаса, который соответствует данной грани нулевой ячейки: этот узел и данная грань входят в состав одной ячейки ядерного каркаса (это вершина и основание одного тетраэдра).

Координаты вершин правой боковой грани нулевой ячейки (которой соответствует узел №7) равны (+1, +0,58, -0,41), (0, -1,16, -0,41), (0, 0, +1,23). Подставляя эти величины в формулу для барицентрических координат, находим:

хе7 = [(+1)*(1/6) + 0*(1/6) + 0*(1/3)]/(2/3) = +0,25

уе7 = [(+0,58)*(1/6) + (-1,16)*(1/6) + 0*(1/3)]/(2/3) ~ -0,145

zе7 = [(-0,41)*(1/6) + (-0,41)*(1/6) + (+1,23)*(1/3)]/(2/3) ~ +0,205

Из соображений симметрии, координаты электрицентра, расположенного на левой боковой грани нулевой ячейки: хе6 ~ -0,25, уе6 ~ -0,145, zе6 ~ +0,205. Квадрат расстояния все этих 3-х электрицентров до оси симметрии (оси z) равен (R2)2 = х2 + у2 ~ 0,084 Фм2.

Теперь можно найти координаты электрицентра всего ядра:

Rех ~ ∑(qеN)ii /∑(qеN)i ~ (1/3)*[(1/3)*0 + (1/3)*(-0,50) + (1/3)*(+0,50) + (2/3)*0 + (2/3)*(-0,17) + (2/3)*(+0,17)] ~ 0, (величина Rеу также равна нулю),

Rеz ~ ∑(qеN)i*zi /∑(qеN)i ~ (1/3)*[(1/3)*(-0,41) + (1/3)*(-0,41) + (1/3)*(-0,41) + (2/3)*(+0,205) + (2/3)*(+0,205) + (2/3)*(+0,205)] ~ 0.

Таким образом, найдены все величины, которые входят в формулу для вычисления внутреннего электрического квадрупольного момента. Подставляя эти величины в формулу Q0 ~ (-3)*(1/e)*∑(qеN)α*[2(zα)2 - (Rα)2], и группируя все 6 слагаемых в 2 тройки, соответствующие трем нижним и трем верхним электрицентрам, находим:

Q0(6Li) ~ (-3)*(1/e)*∑(1/6)*[2(-0,41)2 - 0,34] + (-3)*(1/e)*∑(1/3)*[2(0,205)2 - 0,084] ~ 0.

Полученный результат кажется тривиальным и даже ошибочным, поскольку Q0(6Li) ≠ 0, однако это не так. Данный результат показывает, что Q0(6Li) должен иметь очень малую величину, и эксперимент подтверждает, что ядро 6Li имеет наименьше значение Q0 среди всех ядер. Данный результат вполне объясним с качественной точки зрения. Малость величины Q0(6Li) обусловлена тем, что все создающие Q0(6Li) заряды располагаются на поверхности самой внутренней (нулевой) ячейки ядерного каркаса, и точка, относительно которой вычисляется степень сферической не симметрии этих зарядов, находится внутри нулевого тетраэдра, причем эта точка расположена таким образом, что достигается полная сферическая симметрия в расположении зарядов.

Откуда же берется ненулевое значение квадрупольного момента ядра 6Li? Наиболее вероятный ответ заключается в том, что данное значение обусловлено искажением идеальной геометрической фигуры треугольного гептаэдра: за счет отталкивания единичного заряда (2,1)-узла и 3-х зарядов (2,2)-узлов, верхний тетраэдр (т.е. нулевая ячейка) несколько растягивается по оси z. Одновременно, находит объяснение отрицательный знак Q0(6Li): как показано в работе [1], отрицательный знак Q0 характерен для ядер, у которых распределение зарядов вытянуто вдоль оси z.

Достаточно, чтобы суммарное смещение (2,1)-узла и основания нулевой ячейки по оси z составляло Δz ~ 0,21 Фм, чтобы получить Q0(6Li) ~ - 0,83 Фм2. Данная величина связана с внешним квадрупольным моментом соотношением Q ~ (1/10)*Q0 (для спина S(6Li) = 1), поэтому она в точности соответствует Q(6Li)эксп ~ -0,083 Фм2.


Примечание. За прошедшие десятилетия предпринимались многочисленные попытки теоретически получить значение Q(6Li) ~ - 0,083 Фм2. Это объясняется тем, что ядро 6Li представляет собой второе по сложности (после 2Н) ядро, которое обладает ненулевым квадрупольным моментом, поэтому каждый уважающий себя теоретик в области ядерной физики считал для себя «делом чести» вычислить Q(6Li). Однако все такие попытки окончились неудачей: в рамках существующих моделей ядра не получено объяснения ни чрезвычайно малой величины, ни отрицательного знака Q(6Li).


III. Спин, магнитный момент и другие свойства ядра 6Li

В тетраэдрной модели находит решение еще одна загадка ядра 6Li: «Почему спин имеет величину S(6Li) = 1?». Согласно оболочечной модели, каждый непарный нуклон в 6Li имеет спин s = (3/2), поэтому, по определению спина, ядро 6Li должно иметь спин S = s + s = (3/2) + (3/2) = 3, тогда как эксперимент показывает, что S(6Li)эксп = 1.


Примечание. Ссылка на правило сложения квантовых векторов не убедительна: даже если имеются причины, которые при сложении моментов 2-х непарных нуклонов уменьшают величину спинового момента количества движения, то почему это уменьшение таково, что значение спина становится равным 1, а не 2 или 0?


В тетраэдрной модели величина S(6Li) = 1 получается в результате сложения спинов 2-х нечетных узлов S(6Li) = S(2,1) + S(1,2) = 1/2 + 1/2 = 1, тогда как спины 3-х остальных узлов равны нулю: S(2,2) = 0. Все элегантно и просто.

В конструкции ядра 6Li непарные нуклоны не «зажаты» другими нуклонами: у них имеется свободное пространство для вращения. Вследствие этого, спины непарных нуклонов приводят во вращение данные нуклоны (а не передаются конструкции ядра 6Li). При указанном вращении, u-кварки протона и d-кварки нейтрона создают собственные магнитные моменты. Эти моменты имеют такую же величину, как магнитные моменты ядер 3Н и 3Не (расположение осей вращения и другие параметры аналогичны).

Если бы эти моменты были противоположны друг другу, то суммарный магнитный момент имел бы величину µ(3Не) + µ(3Н) ~ (+2,98 - 2,12) µя ~ +0,86 µя, µя – ядерный магнетон. Однако оба момента ориентированы вдоль высот, опущенных из верхней и нижней точек конструкции ядра 6Li в плоскостях 2-х (лежащих друг над другом) граней. Каждая из этих высот расположена к оси симметрии треугольного гептаэдра под углом φ, для которого sin φ ~ 1/3, поэтому величина поправки характеризуется множителем cos φ ~ 0,94. В итоге, получаем µ(6Li) ~ (+0,86 µя)*cos φ ~ +0,81 µя. Данная величина отличается от µ(6Li)эксп ~ +0,82 µя всего лишь на 1%, что может быть объяснено возмущениями, которые вращающиеся нуклоны оказывают друг на друга

Еще один труднообъяснимый в рамках общепринятых моделей вопрос состоит в том, почему радиус ядра 6Li больше радиуса ядра 7Li: R(6Li) ~ 2,54 Фм, тогда как R(7Li) ~ 2,42 Фм. Каким образом 7 нуклонов в ядре 7Li умещаются в меньшем объеме, чем 6 нуклонов в ядре 6Li? Тетраэдрная модель дает этому следующее объяснение.

Конструкция ядра 7Li получается путем «преломления» конструкции ядра 6Li вдоль ее средней части. Треугольный гептаэдр «разламывается» на 2 тетраэдра, причем разделяется только один из 3-х (2,2)-узлов, тогда как другие два (2,2)-узла остаются неизменными: верхний и нижний тетраэдры поворачиваются вокруг оси, проходящей через эти два (2,2)-узла. Расстояние между двумя (1,1)-узлами, на которые разделился (2,2)-узел, делается равным ~ 2,0 Фм. В результате образуется отверстие, в которое можно вставить нуклон, соединив 2 валентных кварка этого нуклона с двумя (1,1)-узлами, а третий кварк – с одним из оставшихся (2,2)-узлов. Данная конструкция и представляет собой ядро 7Li. Поскольку крайние точки (узлы) конструкции 7Li расположены друг от друга ближе, чем 2 нечетных узла (2,1) и (1,2) в конструкции ядра 6Li, то R(7Li) < R(6Li).


Примечание. Данное объяснение справедливо, прежде всего, для массового радиуса. Однако электроны, с помощью которых измеряется зарядовый радиус, также должны «чувствовать» кварковые заряды, находящиеся внутри (1,2)-узла (хотя заряд всего узла равен нулю), поэтому объяснение остается справедливым и для зарядового радиуса.


Справедливость данного объяснения можно экспериментально проверить. Если при измерении радиуса ядра 6Li использовать поляризованные ядра, то значение радиуса должно существенно зависеть от взаимной ориентации ядер 6Li и пучка частиц, с помощью которых производится это измерение.

В рамках данной модели ядра 6Li находят объяснение результаты экспериментов по выбиванию из ядра 6Li протонов. В этих экспериментах обнаружены резонансные пики при энергиях ~ 5 Мэв и ~ 21,5 Мэв, которые рассматриваются как подтверждение наличия в ядре 6Li оболочечной структуры: первый пик сопоставляется выбиванию протонов из внешней оболочки, а второй пик – из внутренней оболочки.

Исходя из описанной конструкции ядра 6Li, эти пики находят иное объяснение: первый пик образуется, когда происходит выбивание одного протона, а второй пик – сразу двух протонов (или протона и нейтрона).

Данное объяснение также может быть экспериментально проверено. Для этого следует более детально исследовать продукты реакции: при выбивании сразу двух нуклонов должно наблюдаться появление новых ядер.


Заключение

Алгоритм, с помощью которого произведено вычисление Q0(6Li), использует 3 принципиально новых элементов:

1. новая формула для Q0 (добавлен множитель (-3)).

2. новое начало системы координат (вместо центра инерции – электрицентр ядра),

3. новые объекты, которые формируют Q0 (не протоны и даже не кварки, а нуклонные электрицентры).

Вероятность того, что все эти элементы (а также расположение всех электрицентров в объеме ядра) случайно окажутся такими, что приведут к правильному значению Q0, чрезвычайно мала. Согласие с экспериментом однозначно покажет, что данный алгоритм с высокой вероятностью соответствует объективной реальности.

То, что тетраэдрная модель успешно стравляется с задачей вычисления Q(6Li), является веским аргументом в пользу справедливости данной модели. Кроме того, тетраэдрная модель объясняет величину µ(6Li) и другие свойства ядра 6Li.

Если вычисления Q0 и µ всех остальных ядер до 16О принесут еще более убедительные результаты, можно будет с высокой степенью вероятности утверждать, что тетраэдрная модель правильно отражает природу атомных ядер.

В III части работы будут рассмотрены ядра 7Li и 9Ве.


Выводы

1. Физической причиной образования атомных ядер является притяжение противоположно заряженных концов нуклонных диполей.

2. Совпадение электрического и магнитного радиусов протона, а также магнитного радиуса нейтрона объясняется тем, что магнитные моменты протона и нейтрона формируются зарядами, совершающими круговое вращение на одном и том же расстоянии от оси вращения.

3. Дано качественное описание механизма взаимодействия нуклонов.

4. Сформулированы все принципиально новые элементы, которые необходимо учитывать при вычислении Q0 и µ атомных ядер.

5. Конструкция ядра 6Li составлена из 6 прямоугольных тетраэдров, построенных на 6 гранях треугольного гептаэдра.

6. Вычислены электрический и магнитный моменты ядра 6Li.

7. В рамках тетраэдрной модели получено значение спина S(6Li) = 1.

8. Радиус ядра 6Li превышает радиус ядра 7Li, поскольку ядерная конструкция 7Li более компактна, чем 6Li.


ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Электрические и магнитные моменты ядер от водорода до кислорода (I часть) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.22401, 10.08.2016



В.А. Шашлов, Электрические и магнитные моменты ядер от водорода до кислорода (II часть) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.22468, 02.09.2016

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru