Предложена новая модель адронов, в основу которой положено представление адронов в форме поверхности Боя. В рамках данной модели дано объяснение природы кварков, конфайнмента, сильного взаимодействия.

Постановка и путь решения проблем

Несмотря на чрезвычайно большие успехи, Стандартная модель не объясняет наиболее глубинные проблемы строения адронов и сильного взаимодействия. В частности, остается неясным происхождение цветных зарядов и почему этим зарядами наделены только кварки и глюоны.

В данной работе предлагается вообще отказаться от гипотезы о существовании цветных зарядов, а сильное взаимодействие свести к геометрическим свойствам поверхности, на основе которой образованы адроны, а также к кулоновскому взаимодействию отдельных частей этой поверхности.

Поверхность, которая служит жестким кором адронов, носит название «поверхность Боя». Она представляет собой замкнутую одностороннюю поверхность, которая гомотопически эквивалентна односторонней сфере, однако отличается от нее тем, что содержит 3 лепестка (если одностороннюю сферу деформировать таким образом, чтобы придать ей форму трилистника, то получится поверхность Боя). Естественно предположить, что эти 3 лепестка соответствуют кваркам. В этом случае для удержания кварков не требуются никакого взаимодействия: кварки сосуществуют внутри адронов столь же естественно, как лепестки поверхности Боя.

Цель работы

Цель работы – предложить новый взгляд на природу кварков, адронов и сильного взаимодействия.

I. Модель адрона

Предлагается следующая модель строения адронов: центральным кором адронов служит поверхность Боя и с этой поверхностью соединена связка аффинно-проективных прямых.

Аффинно-проективная прямая — это обычная прямая, дополненная бесконечно удаленной точкой. Связка – это множество всех прямых, которые проходят через фиксированную точку. В нашем случае такой точкой (центром связки) является тройная точка поверхности Боя.

Согласно данной модели, кварки не являются первичными (фундаментальными) частицами, а представляют собой вторичные частицы, возникающие как неотъемлемые составные части адронов при их образовании. Наоборот, первичными частицами являются адроны, а кварки формируются в процессе образования адронов при соединении связки прямых с поверхностью Боя.

Связка распределяется по лепесткам поверхности Боя, в результате чего с каждым лепестком оказывается связанной определенная доля связки. Лепесток поверхности Боя, вместе с принадлежащей ему долей связки прямых и представляет собой кварк определенного вида.

Аффинно-проективные прямые выполняют функцию электрических силовых линий, а связка прямых соответствует единичному заряду (е). При распределении связки по лепесткам поверхности Боя, на каждый лепесток приходится только часть связки, поэтому заряд кварков с необходимостью оказывается дробным. Поскольку все лепестки равноправны, на каждый из 3-х лепестков приходится 1/3 часть связки, что соответствует абсолютной величине заряда (1/3)е. Однако доля связки, принадлежащая одному лепестку, может перейти к соседнему лепестку, в результате чего заряд данного лепестка увеличится в 2 раза и будет иметь величину (2/3)е.

Тем самым, находит объяснение причина существования нижних и верхних кварков, а также тот факт, что эти кварки имеют заряды, равные (1/3)е и (2/3)е.

Нижние и верхние кварки различаются величиной доли связки, которая связана с лепестком поверхности Боя.

Наличие кварков 3-х семейств объясняется тем, что внутреннее пространство, в котором располагаются связки прямых, являются 3-связным. По этой причине связки могут располагаться тремя разными способами, каждый из которых порождает свое семейство частиц. Применительно к кваркам это означает, что должно существовать 3 нижних кварков (d, s, b) и 3 верхних кварка (u, c, t).

Тем самым, данная модель объясняет существование всех 6 ароматов кварков.

В рамках данной находит объяснение полный спектр кварков: все многообразие адронов получается в результате всех возможных сочетаний кварков указанных 6 ароматов. Однако эти сочетания не полностью произвольны: физически реализуются только те сочетания, которые получаются при распределении по лепесткам поверхности Боя полной связки прямых. Благодаря этому заряд адронов оказывается целочисленным.

II. Конфайнмент, кварковые заряды и строение ядер

Как указано выше, кварки отождествляются с лепестками поверхности Боя. Поскольку лепестки невозможно оторвать от поверхности Боя (отдельные лепестки не имеют даже математического, следовательно, и физического смысла), то кварки не могут существовать изолированно от адронов, что проявляется как конфайнмент кварков.

Конфайнмент – это свойство неотделимости лепестков поверхности Боя.

Однако электрический заряд кварка занимает внутри лепестков строго фиксированное положение: кварковые заряды формируются за счет фокусирования прямых, составляющих долю связки, соединенную с данным лепестком. Лепестки поверхности Боя имеют сильно выпуклую форму, вследствие чего все пересекающие лепесток прямые фокусируются в непосредственной близости от вершины лепестка: расстояние от фокуса до вершины составляет порядка 1/30 длины лепестка, т.е. (1/30) * 1 Фм ~ 0,03 Фм. Благодаря этому, кварковые заряды адронов, которые приходят в непосредственный контакт друг с другом, могут сближаться на расстояние 2 * 0,03 Фм ~ 0,06 Фм.

На этом расстоянии энергия кулоновского взаимодействия кварковых зарядов (в расчете на один заряд) имеет величину порядка 3 Мэв. Именно за счет этой энергии происходит образование атомных ядер. При образовании ядерных конструкций каждый нуклон соединяется с соседними нуклонами всеми тремя кварками, поэтому удельная энергия связи нуклонов в ядрах может достигать 3 * 3 Мэв ~ 9 Мэв.

Именно такую величину имеет удельная энергия связи большинства ядер: предлагаемая модель объясняет величину основной энергетической характеристики ядер.

III. Цветное и межадронное взаимодействия

Если предложенная модель соответствует действительности, то необходимость в цветном взаимодействии отсутствует. Для объяснения стабильного существования кварков внутри адронов нет необходимости предполагать наличие между кварками какого-либо взаимодействия: кварки находятся в адронах в связанном состоянии вследствие целостности поверхности Боя. Все свойства, которые приписываются сильному взаимодействию внутри адронов, выполняет геометрическая структура поверхности Боя.

Вторым (исторически – первым) проявлением сильного взаимодействия является взаимодействие между адронами (в частности, между нуклонами в атомных ядрах).

Существование сильного межадронного взаимодействия объясняется тем, что кварковые заряды располагаются под самой поверхностью адронов: они отстоят от вершин лепестков на расстояние, равное 1/30 размеров самих адронов. Когда адроны приходят в непосредственный контакт вершинами своих лепестков, расстояние между кварковыми зарядами оказывается примерно в 30 раз меньше размеров адронов. Вследствие этого, энергия кулоновского взаимодействия данных кварков также увеличивается в 30 раз и достигает величины сильного взаимодействия.

Данная модель объясняет все особенности, которыми обладает сильное взаимодействие между адронами: малый радиус действия, насыщение, зарядовую независимость, отсутствие сферической симметрии, зависимость от ориентации спинов. Все свойства сильного взаимодействия являются следствием того, что это взаимодействие представляет собой результат суммарного кулоновского взаимодействия кварковых зарядов, располагающихся в поверхностном слое адронов.

Данный механизм межадронного взаимодействия допускает проверку в экспериментах по столкновению поляризованных протонов. В этом случае расположение троек кварковых зарядов в сталкивающихся протонах строго фиксировано, поэтому результат взаимодействия может быть легко рассчитан и результаты расчетов можно сравнить с результатами эксперимента.

Заключение

В основу предлагаемого решения проблемы сильного взаимодействия положена модель адронов на основе поверхности Боя.

В предлагаемой модели кварки также выступают в качестве структурных единиц адронов, однако (в отличие от Стандартной модели) эти единицы не являются первичными объектами, из которых образуются адроны, а формируются в процессе образовании адронов.

Необходимость введения фундаментального сильного взаимодействия отсутствует. Внутри адронов все свойства сильного взаимодействия являются проявлением геометрических свойств поверхности Боя, а между адронами сильное взаимодействие возникает как результат сложения кулоновских взаимодействий кварковых зарядов, сближенных на предельно малое расстояние.

Более подробно затронутые в данной работе проблемы, а также их связь с остальными фундаментальными проблемами современной физики изложены в [1].

Выводы

1. Адроны построены на основе поверхности Боя.

2. Кварки представляют собой лепестки поверхности Боя, соединенные с долей связки проективных прямых прямых, и величина этой доли может иметь только 2 значения: 1/3 и 2/3, что соответствует нижним и верхним кваркам.

3. Спектр адронов получается как результат всех возможных способов распределения полных связок прямых по лепесткам поверхности Боя.

4. Конфайнмент есть следствие нераздельности лепестков поверхности Боя.

5. Сильное взаимодействие не является фундаментальным.

6. Внутри адронов функцию сильного взаимодействия выполняет геометрическая структура поверхности Боя: кварки неразрывно связаны друг с другом, поскольку в неразрывной связи находятся лепестки поверхности Боя.

7. Между адронами сильное взаимодействие сводится к кулоновскому взаимодействию кварковых зарядов, расположенных в вершинах лепестков поверхности Боя: при сближении кварковых зарядов на сотые доли Фм, интенсивность их кулоновского взаимодействия достигает интенсивности сильного взаимодействия.

8. Предлагаемая модель адронов и сильного взаимодействия допускает проверку в экспериментах по столкновению поляризованных протонов.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Главные проблемы современной физики (III) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 24101, 23.12.2017