Предложена модель строения элементарных частиц материи, позволяющая объяснить существование всех известных типов частиц, а также происхождение всех присущих частицам свойств, включая наличие массы, заряда, спина.

Постановка проблемы

В настоящее время известно 12 лептонов и антилептонов, а также более 300 адронов, вместе с их античастицами. Согласно Стандартной модели, все адроны состоят из 12 кварков и антикварков, каждый из которых может существовать в 3-х «цветовых» состояниях. Еще одним постулатом Стандартной модели является то, что все лептоны и кварки являются точечными, т.е. не имеют никакой пространственной структуры.

Как это ни удивительно, столь простая модель позволяет объяснить практически все известные на сегодняшний день экспериментальные факты. Однако всем серьезным физикам ясно, что Стандартная модель не может являться «окончательной теорией». Бесстуктурность элементарных частиц делает принципиально невозможным объяснение имеющихся у частиц физических свойств. Если относительно происхождения массы Стандартная модель еще делает попытку предложить более-менее разумное объяснение, то вопрос о природе заряда и спина просто игнорирует.

В данной работе предлагается отказаться от главного постулата Стандартной модели, что частицы являются точечными, и, не останавливаясь на гипотезе, лежащей в основе «Теории струн», что частицы представляют собой одномерные объекты (струны), исследовать гораздо более сложную модель строения элементарных частиц материи. Эта модель позволяет объяснить существование полного спектра частиц материи и все их свойства, включая взаимодействия, в которых принимают участие частицы.

Цель работы

Целью работы является исследование внутренней структуры элементарных частиц материи и объяснение всех присущих частицам физических свойств.

Содержание работы

Первый раздел посвящен строению заряженных лептонов.

Второй раздел посвящен строению нейтральных лептонов.

Третий раздел посвящен строению адронов.

0. Основная идея

Исходное предположение заключается в следующем. Наряду с хорошо известным пространством-временем, существует «более глубокое» пространство, которое будем именовать «внутреннее пространство» [1]. Данное пространство имеет форму аффинно-проективного пространства и является фундаментальным пространством Мироздания, тогда как пространство-время – это числовое отображение внутреннего пространства.

Основная идея предлагаемой модели строения элементарных частиц материи заключается в том, что частицы представляют собой объекты внутреннего пространства, составленные из 2-х элементов этого пространства. Один из элементов – это 2-мерная замкнутая поверхность, а второй элемент – связка прямых: каждый тип частиц материи получается, когда поверхность определенного вида вставляется в центр связки.

Примечание. Связка прямых словно «обволакивает» центральную поверхность, которую будем именовать «центральный кор» или просто «кор», понимая под этим жесткую сердцевину частицы.

I. Электроны

Центральным кором электрона служит односторонняя сфера. Геометрическое свойство односторонней сферы таково, что при прохождении через нее, ориентированные прямые изменяют свою ориентацию. Это означает, что если прямая ориентирована на одностороннюю сферу, то после ее пересечения прямая также будет ориентирована на сферу, и наоборот: если прямая ориентирована в направлении от сферы, то после ее прохождения ориентация прямой также будет направлена от сферы.

Данная картина полностью соответствует изображению электрических зарядов, которое приводится в любом школьном учебнике физики. Данное соответствие позволяет рассматривать составляющие связку вещественные проективные прямые (RР¹-прямые) как математическое изображение электрических силовых линий. Нужно лишь иметь в виду, что лучи, входящие в (-) заряд или исходящие из (+) заряда в противоположных направлениях, в действительности являются двумя частями одной и той же прямой.

Примечание 1. Дело выглядит так, словно в центральном коре электрона имеется редуктор, обращающий направление вращения RР¹-прямых (RР¹-прямые имеют форму окружности). В действительности, никакого «механического» редуктора внутри кора нет: таково свойство самой односторонней сферы.

Примечание 2. Данное понимание природы электрического заряда позволяет разрешить недоумение, которое возникает у каждого нормального физика, когда он смотрит на картинку, изображающую электрический заряд. Недоумение состоит в том, почему в (+) зарядах не образуется недостатка той сущности, посредством которой осуществляется кулоновское взаимодействие, а в (-) зарядах не образуется избытка этой сущности? Ответ элементарно прост. Отрезки RР¹-прямых, выполняющие функцию данной сущности («виртуальных фотонов»), нисколько не задерживаются внутри центрального кора заряженных частиц: коры без какой-либо задержки пропускают через себя эти отрезки, всего лишь изменяя их ориентацию.

Для полноты картины, описывающей электрические заряды, следует указать, как ведут себя электрические силовые линии на бесконечности. В аффинно-проективном пространстве бесконечно удаленная плоскость (RР²) также имеет форму односторонней сферы, поэтому при пересечении бесконечно удаленной плоскости, RР¹-прямые также изменяют свою ориентацию. Это означает, что «на бесконечности» электрические силовые линии ведут себя точно так же, как вокруг односторонней сферы: все линии ориентированы либо на бесконечность, либо от бесконечности.

В итоге, получается следующая «картина маслом», изображающая строение электрических зарядов. Каждый заряд представляет собой центральный кор, с которым соединена связка RР¹-прямых, причем на всем протяжении этих прямых от кора до бесконечности прямые имеют одноименную ориентацию. В случае (-) зарядов все прямые связки ориентированы в направлении от бесконечности к кору, а в случае (+) зарядов – в направлении от кора к бесконечности.

Примечание. Для (-) зарядов бесконечность выглядит как положительный заряд, а для (+) зарядов – как отрицательный заряд. Подчеркну, что на бесконечности никаких «реальных» зарядов нет: просто так ориентированы RР¹-прямые, выполняющие функцию, соответственно, отрицательного и положительного заряда.

Тем самым, находит объяснение структура античастиц: они имеют в точности такое же строение, как частицы, за исключением того, что в их связках RР¹-прямые имеют противоположную ориентацию. Все прямые связки электрона ориентированы от бесконечности к односторонней сфере, а у позитрона – от сферы к бесконечности.

В рамках данной модели находит объяснение и наличие 3-х семейств частиц материи. Причина состоит в том, что внутреннее пространство обладает формой СР³\СР¹-пространства, которое является 3-связным. Вследствие этого связка прямых может располагаться в этом пространстве тремя различными способами: это различие и порождает различие частиц, принадлежащим трем семействам.

Различие масс частиц одного вида, принадлежащих разным семействам, объясняется тем, что при прохождении 3-х разных компонент связности, связки прямых испытывают разное натяжение, величина которого определяет значение массы частицы.

Проективная модель строения материи объясняет, почему в природе имеется 6 и только 6 заряженных лептонов.

II. Нейтрино

Нейтрино имеет точно такое же строение, как электрон, только в центре связки прямых располагается не односторонняя сфера, а односторонний тор (бутылка Клейна). Этот тор имеет закрытую форму: он составлен из 2-х вложенных одна в другую односторонних сфер, зазор между которыми, по сравнению с радиусами сфер, пренебрежимо мал (общеизвестна открытая форма тора в виде «бублика»).

Прямые, которые пересекают данный тор, т.е. две указанные сферы, изменяют свою ориентацию 2 раза, вследствие чего при выходе из одностороннего тора ориентация прямых остается прежней. Поскольку при пересечении бесконечно удаленной плоскости ориентация изменяется, то на каждом отрезке RР¹-прямой, заключенным между тором и бесконечностью, происходит наложение 2-х противоположных ориентаций, вследствие чего каждый из таких отрезков оказывается неориентированным.

Именно по этой причине нейтрино не имеют электрического заряда. Неориентированные RР¹-прямые не вращаются, вследствие чего не происходит обмен отрезками данных прямых, и кулоновское взаимодействие отсутствует.

Вместе с тем, в зазоре между сферами RР¹-прямые сохраняют определенную ориентацию: либо от (общего) центра сфер, либо на этот центр. Данное различие и обуславливает различие между нейтрино и антинейтрино: у нейтрино данные отрезки ориентированы на центр, а у антинейтрино – от центра.

В связках прямых, входящих в состав нейтрино и антинейтрино RР¹-прямые натянуты очень слабо, что обуславливает предельно малое значение масс этих частиц.

Происхождение 3-х семейств нейтрино и антинейтрино имеет ту же природу, как в случае электронов: это следствие 3-связности СР³\СР¹-пространства. В итоге, получаем, что количество нейтральных лептонов также должно быть равно 6 и только 6.

III. Адроны

Все частицы, входящие в многочисленный класс адронов, построены на основе всего одной поверхности, которая носит название «поверхность Боя». Данная поверхность имеет такую же топологию, как односторонняя сфера, однако из поверхности этой сферы сформированы 3 лепестка. При соединении с поверхностью Боя, связка распределяется по трем или по двум лепесткам: в первом случае образуются барионы, а во втором – мезоны.

Сначала связка распределяется по всем трем лепесткам, вследствие чего на каждый лепесток приходится 1/3 полной связки. Это означает, что минимальный заряд каждого лепестка имеет величину, в 3 раза меньшую величины элементарного заряда (е). Вместе с тем, каждый лепесток способен принять долю связки, полагающуюся соседнему лепестку, вследствие чего заряд данного лепестка окажется в 2 раза больше минимального заряда. Тем самым, находит объяснение существование верхних и нижних кварков, имеющих заряды (1/3)е и (2/3)е. Каждый кварк представляет собой лепесток поверхности Боя, соединенный с 1/3 или 2/3 долей полной связки.

Согласно данной модели, кварки не являются самостоятельными частицами, а представляют собой неотъемлемые части адронов. Неотъемлемость является свойством лепестков поверхности Боя: лепестки никоим образом не могут быть отделены от поверхности (это привело бы к разрушению, как самой поверхности, так и лепестков).

Это объясняет конфайнмент кварков: природа конфайнмента заключена не в «цветовом» взаимодействии между кварками, а в особом строении поверхности Боя, на основе которой построены адроны.

Наличие кварков второго и третьего семейства, как в случае лептонов, обусловлено тем, что доля связки, соединенная с любым из 3-х лепестков, может проходить через вторую и третью компоненты связности внутреннего СР³\СР¹-пространства.

Полный спектр адронов получается в результате всех возможных способов распределения связок прямых по трем лепесткам поверхности Боя. При этом следует учитывать возможность рождения на каждом лепестке виртуальной пары долей связки 1/3 и 2/3, которые после «перескока» на разные лепестки, образуют реальные кварки. При этом, каким бы ни было распределение долей связок по лепесткам поверхности Боя, их суммарный заряд, т.е. заряд адронов будет иметь целочисленную величину.

Примечание 1. Получение полного спектра адронов вовсе не требует привлечения унитарной симметрии: все составляющие класс адронов частицы получаются в результате всех возможных сочетаний кварков, образующихся при распределении долей связок величиной 1/3 и 2/3 по лепесткам поверхности Боя.

Примечание 2. Данная модель адронов позволяет получить также тетракварки и пентокварки: на каждом лепестке может уместиться не одна, а две доли связки.

Заключение

Согласно изложенной модели, для описания всего множества известных частиц материи достаточно всего лишь 3-х наиболее простых видов замкнутых односторонних поверхностей. Такая чрезвычайно высокая унификация является веским аргументом в пользу предлагаемой модели.

Естественно предположить, что в природе реализуется еще один класс частиц, построенных на основе четвертой по сложности замкнутой односторонней поверхности, которая носит название «поверхность Штейнера». Тетракварки и пентокварки могут являться представителями этого класса частиц.

Описанная конструкция частиц позволяет объяснить не только спектр частиц, но и происхождение всех имеющихся у них физических величин: массы, заряда, спина.

Природа массы и заряда были указаны выше: это натяжение и вращение RР¹-прямых. Однако RР¹-прямые обладают еще одним неотъемлемым свойством: кручением. Данное свойство обуславливает наличие у частиц спина: спиновый момент количества движения порождается кручением RР¹-прямых [2,3].

В рамках данной модели находит естественное объяснение и существование темной материи. Частицы темной материи образуются на основе не односторонних, а двусторонних поверхностей, которые не изменяют ориентацию проходящих через них прямых. Вследствие этого у частиц темной материи связки прямых являются не ориентированными (как у нейтрино), и данные частицы не обладают электрическим зарядом и не принимают участия в электромагнитном взаимодействии.

Более детально с проективной моделью строения элементарных частиц можно ознакомиться в работах [2,3]. Следующая работа будет посвящена механизмам взаимодействия частиц в рамках проективной модели строения материи.

Выводы

1. Каждая частица материи представляет собой соединение центрального кора в виде замкнутой поверхности и связки аффинно-проективных прямых.

2. Заряженные лептоны образованы на основе односторонних сфер.

3. Нейтральные лептоны образованы на основе односторонних торов.

4. Адроны образованы на основе поверхности Боя.

5. Физические свойства частиц материи: масса, заряд, спин определяются связками аффинно-проективных прямых: их натяжением, вращением и кручением.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Что есть Время? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23997, 26.11.2017

2. В.А. Шашлов, Главные проблемы современной физики // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23877, 25.10.2017

3. В.А. Шашлов, Главные проблемы современной физики (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 23944, 12.11.2017