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

В.А. Шашлов
Новая модель атомных ядер (IV)

Oб авторе


Изложена суть тетраэдрной модели атомных ядер. В рамках этой модели описаны конструкции ядер лития-6 и лития-7. Указана причина, по которой для осуществления реакций холодного ядерного синтеза следует использовать именно ядра лития-7.


Цель работы

Данная работа продолжает серию работ [1,2,3], и имеет своей целью исследование ядерной структуры стабильных изотопов третьего элемента таблицы Менделеева.


Содержание работы

Работа состоит из 3-х разделов:

в первом разделе дано краткое описание новой модели атомных ядер,

во втором разделе описывается конструкция ядра лития-6,

в третьем разделе – конструкция ядра лития-7.


I. Суть тетраэдрной модели атомных ядер

В основу тетраэдрной модели ядра положена гипотеза, что нуклоны имеют форму прямоугольного тетраэдра, а кварки располагаются в 3-х вершинах основания данного тетраэдра.

Данное строение нуклона находит обоснование в проективной модели материи. Согласно этой модели, все элементарные частицы построены на основе простейших объектов проективного пространства – замкнутых односторонних поверхностей.


Примечание. Проективное пространство представляет собой главный элемент Мироздания: его фундамент (точнее, математический образ этого фундамента).


Наиболее простые замкнутые односторонние поверхности: односторонняя сфера и односторонний тор служат жесткими корами заряженных и нейтральных лептонов (электронов и нейтрино), а весь обширный класс адронов, который включает в себя протоны и нейтроны, построен на основе одностороннего трилистника (более известного, как «поверхность Боя»).

Для моделирования нуклонов, входящих в состав атомных ядер, целесообразно использовать более простой геометрический объект: прямоугольный тетраэдр. Прямоугольный тетраэдр передает внешнюю форму одностороннего трилистника, если прямоугольную вершину совместить с центром (тройной точкой) одностороннего трилистника, а 3 вершины основания – с тремя вершинами лепестков трилистника.

Прямоугольный тетраэдр является хорошей моделью одностороннего трилистника (за пределами тетраэдра остаются лишь небольшие сегменты лепестков трилистника). Именно по этой причине данная модель ядра получила название: «тетраэдрная».

Второй характерной особенностью используемой модели нуклона является то, что расположение кварков внутри нуклонов является фиксированным: кварки постоянно находятся на максимально большом удалении друг от друга, поскольку располагаются в вершинах лепестков одностороннего трилистника.

На первый взгляд, такое утверждение кажется абсурдным: согласно Стандартной модели, кварки являются элементарными частицами и могут двигаться «куда хотят», подчиняясь только сильному взаимодействию. Однако, понимание кварков как самостоятельных (первичных) частиц крайне далеко от истины: в действительности, кварки являются вторичными частицами, которые образуются при образовании адронов.

Данный вывод следует из рассмотрения второй составной части любой частицы материи: связки проективных прямых (связка – это множество прямых, проходящих через фиксированную точку пространства). Любая частица материи образуется, когда центр ее жесткого кора (односторонней поверхности) совмещается с центром связки прямых. Связка является носителем заряда единичной величины, поэтому при распределении по трем лепесткам одностороннего трилистника, в лепестках формируются заряды с абсолютной величиной 2/3 и 1/3 (поскольку с каждым лепестком соединяется доля связки, равная либо 1/3, либо 2/3). Проективная модель строения материи объясняет, как сам факт существования кварков, так и абсолютную величину кварковых зарядов.

Благодаря сильно выпуклой форме лепестков, фокусирование составляющих связки прямых происходит вблизи вершин лепестков: именно здесь формируются кварковые заряды, т.е. сами кварки. Вершины оснований прямоугольных тетраэдров-нуклонов отождествляются с вершинами лепестков односторонних трилистников, поэтому гипотеза о строении нуклонов в виде прямоугольных тетраэдров с находящимися в вершинах оснований тетраэдров кварками получает полное обоснование.

Если изложенная модель строения нуклонов соответствует действительности, то строение атомных ядер очевидно: ядерные конструкции образуются, когда тетраэдры-нуклоны состыковываются вершинами своих оснований.

При сближении вершин оснований на расстояние, которое на 1-2 порядка меньше расстояния между центрами самих нуклонов, кулоновская энергия взаимодействия кварков возрастает в (10-100) раз (по сравнению с равномерным распределением кварков по объему нуклонов), и достигает величины порядка нескольких Мэв. Этой величины достаточно для собирания нуклонов в устойчивые (стабильные) конструкции: данные конструкции представляют собой атомные ядра.


Примечание 1. Для образования ядер сильное взаимодействие не требуется: связь между нуклонами в ядрах осуществляется за счет кулоновского взаимодействия кварков соседних нуклонов, повернутых друг к другу вершинами, где расположены кварки.

Примечание 2. «Удержание» кварков внутри адронов (невозможность «высвобождения» кварков) обусловлено тем, что кварки сформированы на основе лепестков одностороннего трилистника, которые невозможно отделить друг от друга. Конфайнмент – это геометрическое свойство одностороннего трилистника, реализуемое без каких-либо физических взаимодействий.


В результате объединения n вершин, в которых расположены u-кварки, и m вершин, в которых расположены d-кварки, образуются (n,m)-узлы: именно эти узлы выполняют функцию креплений, которые удерживают нуклоны внутри ядер.


Примечание 1. Многокварковые образования известны в ядерной физике свыше 60 лет, правда, под другим именем: «флуктоны». В действительности, флуктоны, получающиеся в результате «слияния» 2-х, 3-х или 4-х нуклонов, не существуют, а существуют именно (n,m)-узлы, причем в каждом ядре набор (n,m)-узлов строго фиксирован как по составу, так и по месту расположения внутри ядра.

Примечание 2. В ядре «сливаются» все составляющие ядро нуклоны, и (n,m)-узлы являются областями, в которых происходит это «слияние». Отличие (n,m)-узлов от «флуктонов» проявляется в их составе: количество кварков в (n,m)-узле не обязательно кратно 3, и, кроме того, все (n + m) кварков, входящих в данный (n,m)-узел, принадлежат разным нуклонам: каждый нуклон вносит свои 3 кварка в 3 разных (n,m)-узла.


Все ядерные конструкции составлены из тетраэдров-нуклонов путем объединения вершин их оснований.

Еще одним геометрическим объектом, который необходим для понимания структуры атомных ядер, является ядерный каркас, построенный из правильных тетраэдров, грани которых равны основаниям прямоугольных тетраэдров-нуклонов. Ядерный каркас является воображаемой геометрической конструкцией, которая строится путем наложения граней правильных тетраэдров.

Сначала берется один правильный тетраэдр: этому тетраэдру приписывается нулевой номер: в большинстве ядер нулевая ячейка не заполняется нуклоном (остается свободной). Затем к четырем граням нулевой ячейки пристраивается 4 правильных тетраэдров, после чего к каждой из 3-х боковых граней этих 4-х тетраэдров – еще по одному тетраэдру, в результате чего количество тетраэдров достигает 4 + 3*4 = 16, и данная процедура продолжается. Конструкции, которые получаются при реализации данного алгоритма, представляют собой все возможные виды ядерных каркасов, на основе которых строятся все ядра, которые существуют в Природе.

Из указанного построения видно, что ядерный каркас обладает сферической симметрией и состоит из сферических слоев, в каждом из которых содержится определенное количество ячеек: в первом слое – 4 ячейки, во втором – 12 ячеек, в третьем – 24 ячейки (это доказывается прямым построением третьего слоя) и т.д.

Каждый тетраэдр ядерного каркаса выполняет функцию ячейки, в которую может быть встроен тетраэдр-нуклон. Внутри ячейки нуклон имеет всего 12 степеней свободы: основание тетраэдра-нуклона может быть совмещено с одной из 4-х граней ячейки и внутри этой грани может занимать 3 разных положения. Реализация каждой из этих 3*4 = 12 степеней свободы влечет за собой изменение кваркового состава (n,m)-узлов вокруг вершин данной ячейки. Основное состояние ядра соответствует строго фиксированному положению тетраэдров-нуклонов в каждой ячейке ядерного каркаса, что соответствует определенному составу (n,m)-узлов, а любой другой способ размещения этих же самых нуклонов в ячейках каркаса порождает изомерные и возбужденные состояния ядра.


Примечание. Для образования конструкции каждого ядра все важно:

1. какие ячейки каркаса занимают составляющие ядро нуклоны,

2. какой нуклон занимает данную ячейку: протон или нейтрон,

3. на какой грани ячейки расположено основание тетраэдра-нуклона,

4. с какой вершиной совмещена вершина основания, занятая непарным кварком.


Атомные ядра образуются путем заполнения ячеек ядерного каркаса тетраэдрами-нуклонами: все ядра отличаются друг от друга не только количеством составляющих данное ядро протонов и нейтронов, но и способом заполнения ячеек ядерного каркаса моделирующими эти протоны и нейтроны прямоугольными тетраэдрами.

Ядра, которые получаются при полном заполнении сферических слоев ядерного каркаса одинаковым количеством протонов и нейтронов (последнее условие необходимо, чтобы ядерная конструкция была симметричной также по отношению к расположению (n,m)-узлов), должны обладать особыми, «магическими» свойствами.

Из строения первых 3-х слоев ядерного каркаса следует, что магическими ядрами должны быть ядра 4Не, 16О, 40Са. Опыт показывает, что ядра 4Не, 16О, 40Са действительно облают магическими свойствами и даже являются «дважды магическими».

Все остальные дважды магические и просто магические ядра образуются в результате полного или частичного, но обязательно регулярного (симметричного) заполнения слоев ядерного каркаса.


Примечание. Тетраэдрная модель ядра позволяет получить более полный набор магических чисел, чем оболочечная модель. Экспериментально уже обнаружено несколько ядер, которые, согласно оболочечной модели, не должны обладать магическими свойствами, а в действительности являются магическими. «Магичность» данных ядер обусловлена упорядоченным (симметричным) расположением тетраэдров-нуклонов внутри ядерного каркаса при не полном заполнении отдельных слоев.


Тетраэдрная модель с предельной простотой объясняет существование магических ядер и сами магические числа.

Полный набор магических ядер и чисел будет получен в процессе построения всех ядерных конструкций при заполнении ячеек ядерного каркаса всеми возможными количествами протонов и нейтронов.

Вид ядерной конструкции показывает распределение по объему ядра всех (n,m)-узлов. Поскольку все физические параметры ядер определяются распределением масс, зарядов и спинов по объему ядра, а все эти величины сосредоточены в (n,m)-узлах, это позволяет вычислить данные параметры. Это означает, что в процессе построения ядерных конструкций будут вычислены важнейшие характеристики каждого ядра: электрический (Q0) и магнитный (µ) моменты. Поскольку для абсолютного большинства ядер величины Q0 и µ уже измерены, данные вычисления позволят проверить правильность ядерной конструкции каждого ядра и тетраэдрной модели в целом.

Главные черты алгоритмов вычисления электрических и магнитных моментов для всех ядер одинаковы. Вычисление начинается с выбора системы координат, начало которой совмещается с центром нулевой ячейки. В этой системе координат вычисляются электрицентр и спиницентр ядра: их положение определяется по формуле барицентра, в которую вместо масс подставлены или заряды, или спины.

Электрический квадрупольный момент вычисляется в системе координат, начало которой совпадает с электрицентром. Записывается тензор квадрупольного момента, создаваемый зарядами всех (n,m)-узлов. Далее этот тензор приводится к диагональному виду и находится наибольшее по абсолютной величине собственное значение: это значение будет являться квадрупольным моментом данного ядра.

Магнитный дипольный момент вычисляется в системе координат, начало которой совпадает со спиницентром. В этой системе координат записывается тензор инерции, после чего данный тензор приводится к диагональному виду и определяются наибольшее и наименьшее собственное значение, а также расположение осей вращения, относительно которых момент инерции имеет эти 2 значения. Вращение ядра будет устойчивым только в том случае, если осью вращения ядра будет являться одна из этих 2-х осей. Далее находятся расстояния от выбранной оси до всех заряженных (n,m)-узлов, а также частота вращения ядра, как единого целого (путем деления спинового момента количества движения на момент инерции). Зная частоту вращения и «заметаемые» заряженными (n,m)-узлами площади, определяется суммарный магнитный момент, создаваемый вращением этих (n,m)-узлов: это будет являться магнитным моментом данного ядра.

Если вычисленные с помощью данных алгоритмов значения электрического и магнитного моментов ядерных конструкций, моделирующих все имеющиеся в Природе ядра, совпадут с экспериментальными значениями Q0 и µ, это явится безусловным подтверждением правильности тетраэдрной модели ядра.

Наглядное изображение нулевой ячейки и первого слоя ячеек ядерного каркаса показано на рис. [4]. Нулевая ячейка изображена черным цветом, а 4 ячейки первого слоя – светло-коричневым цветом. Построение второго и последующих слоев представляется совершенно очевидным: к каждой свободной грани внешнего слоя ячеек пристраивается основание новой ячейки и т.д.


Примечание 1. Рисунок [4] является разверткой 4-мерного тетраэдра (пентатопа): вид этой развертки в точности совпадает с видом нулевой ячейки и 4-х ячеек первого слоя ядерного каркаса.

Примечание 2. Если кто-то из читателей знает специалиста по компьютерной графике, попросите его воспроизвести данный рисунок (с небольшими добавлениями) и, в случае согласия, сообщите его электронный адрес.

Примечание 3. В следующих 2-х разделах изложенная модель строения атомных ядер используется для описания конструкций ядер лития-6 и лития-7. Чтобы не перегружать данную работу вычислениями, для восприятия которых желательно иметь подробное изображение ядерных конструкций, вычисления Q0 и µ ядер 6Li и 7Li переносятся в следующую работу.


II. Конструкция ядер лития-6

Прежде всего, укажем причину, по которой в Природе отсутствуют ядра, содержащие 5 нуклонов. Эта причина заключается в том, что к узлам полностью заполненного первого слоя ячеек ядерного каркаса невозможно присоединить 3 вершины основания еще одного тетраэдра-нуклона (этот нуклон неизбежно будет накладываться на уже вставленные в ячейки нуклоны), а в ячейках второго слоя одиночный нуклон не может закрепиться (для этого в соседней ячейке должен быть еще один нуклон).

Наиболее симметричная конструкция, которая может быть построена из 6 тетраэдров-нуклонов (3-х протонов и 3-х нейтронов), имеет следующий вид: на 3-х боковых гранях нулевой ячейки поставлены основания 3-х тетраэдров-нуклонов, и точно таким же образом основания 3-х тетраэдров-нуклонов совмещены с боковыми гранями самой нижней ячейки первого слоя (присоединенной своим основанием к основанию нулевой ячейки). Данную конструкцию можно представлять составленной из конструкций ядер 3Н и 3Не, соединенных своими (открытыми) основаниями.


Примечание 1. Конструкцию 6Li легко представить, исходя из конструкции дейтерия 2Н: из 2-х ячеек, заполненных протоном и нейтроном, извлекаются эти нуклоны, а взамен на боковые грани данного каркаса, состоящего из 2-х ячеек, ставятся основания 6ти тетраэдров-нуклонов, составляющих ядро 6Li.

Примечание 2. Основания всех 6 тетраэдров-нуклонов в ядре 6Li имеют форму многогранника, образованного боковыми гранями 2-х составленных друг с другом правильных тетраэдров. Данный многогранник образован из 6 правильных треугольников и его естественно именовать «треугольный гептаэдр».


Кварковая формула ядра 6Li имеет вид:

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

Как видно из кварковой формулы, спин образуется двумя нечетными узлами и равен S = 1/2 + 1/2 = 1, что находится в полном согласии с экспериментом.


Примечание. Существующие модели ядра не способны объяснить даже этот простейший факт. Согласно оболочечной модели, оба непарных нуклона располагаются в р-оболочке и обладают спином S = 3/2, вследствие чего спин ядра 6Li, согласно закону сложения квантовых векторов, должен быть равен 3/2 + 3/2 = 3.


III. Конструкция ядер лития-7

Конструкция 7Li образуется, когда на боковые грани левой и правой ячейки первого слоя каркаса (сами ячейки остаются пустыми) накладываются основания 3-х тетраэдров-нуклонов (как это имеет место в ядре 3Н: эти две 3-х нуклонные субъединицы имеют вид конструкции ядра 3Н). Последний, седьмой тетраэдр-протон накладывается своим основанием на переднюю грань нулевой ячейки, в результате чего указанные 2 субъединицы и тетраэдр-протон объединяются в стабильную конструкцию, содержащую 7 тетраэдров-нуклонов. При соответствующих поворотах всех 7 тетраэдров-нуклонов в указанных 7 ячейках, кварковая формула 7Li будет иметь вид:

{Li-7} = {(1,2), (1,2), (2,2), (2,3) |1 0, (2,1), (2,1), 0 |2}.

Из данной формулы следует, что спин ядра 7Li составляется из спина 2-х (2,1)-узлов (они находятся далеко друг от друга и не подчиняются принципу Паули), а также спина (2,3)-узла, вследствие чего спин имеет величину S = 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2.


Примечание. Спины узлов (1,2) компенсируют друг друга, поскольку принадлежат нулевой ячейке, а в узле (2,2) спины одноименных кварков компенсированы.


Характерной особенностью конструкции ядра 7Li является то, что в ее центре имеется большая по размеру (составленная из 3-х ячеек) полость, и эта полость соединена отверстием с внешним пространством (отверстием является нижняя грань нулевой ячейки, не закрытая тетраэдром-нуклоном). Благодаря этой особенности, данная полость может быть заполнена электронами. Когда количество электронов превысит 3 единицы, эффективный заряд ядра станет отрицательным, вследствие чего данные ядра не только не будут подвержены действию кулоновского барьера, а наоборот, будут притягиваться к другим ядрам и «с большой охотою» вступать с ними в реакции.

Несложно подобрать реакции, которые будут протекать с выделением энергии, что позволит использовать данные реакции для создания новых источников энергии. Данные источники ядерной энергии будут иметь существенные преимущества по сравнению с известными источниками, использующих реакции распада тяжелых ядер, а также по сравнению с проектируемыми источниками, в которых реакции синтеза осуществляются за счет нагрева ядер до чрезвычайно высокой температуры.

Новые источники смогут работать при сколь угодно низкой температуре: в них будут протекать реакции «холодного ядерного синтеза».

Для детального исследования принципа работы источников энергии, в которых будет использоваться изложенная модель строения ядра 7Li, и с целью практического создания источников ядерной энергии, в которых будут использоваться реакции синтеза ядер без сверхвысоких температур и давлений, автор предполагает создать в рамках Академии Атомного Ядра [5] специальный ядерно-физический Институт.


Примечание. Как показал опыт рассылки «Резюме …» [6], существующие ядерно-физические Институты не готовы работать над данной проблемой.


Заключение

Согласно проективной модели строения материи, протон и нейтрон представляют собой односторонние трилистники, и отличие между ними заключается лишь в величине заряда одного из 3-х лепестков: у протона заряды лепестков (+2/3, +2/3, -1/3), а у нейтрона – (+2/3, -1/3, -1/3). Каждый лепесток, вместе с находящимся в этом лепестке зарядом, создаваемым долей связки прямых величиной 2/3 или 1/3, представляет собой верхний или нижний кварк. Электрический заряд кварка сконцентрирован вблизи вершины лепестка: именно здесь располагаются фокусы, в которых собираются все прямые связки, когда полная связка ориентированных проективных прямых распределяется по лепесткам одностороннего трилистника.


Примечание. Кварки не являются самостоятельными («элементарными») частицами, а возникают в результате фокусирования долей связок проективных прямых: эти фокусы (кварковые заряды) образуются вблизи вершин лепестков трилистника.


Пространственная форма одностороннего трилистника хорошо передается прямоугольным тетраэдром, у которого 3 вершины основания совпадают с вершинами лепестков одностороннего трилистника. Данная модель нуклонов позволяет построить модель атомных ядер в виде конструкций, составленных из тетраэдров-нуклонов путем соединения вершин их оснований вследствие кулоновского притяжения расположенных в этих вершинах кварковых зарядов: в этом заключается суть тетраэдрной модели ядра.

Наглядное изображение ядерных конструкций получается при встраивании тетраэдров-нуклонов в ячейки ядерного каркаса, имеющие форму правильных тетраэдров: атомное ядро – это любая связанная конструкция, построенная путем заполнения нуклонами ячеек ядерного каркаса.


Примечание. Встраивание 3-х вершин оснований тетраэдров-нуклонов в 4 вершины каждой ячейки ядерного каркаса напоминает реализацию генетического кода путем составления последовательности кодонов, состоящих из 3-х нуклеотидов (при общем количестве нуклеотидов, равном 4).


Ядерные конструкции можно рассматривать, как смектические капли, слои которой имеют вид вложенных друг в друга сфер. Благодаря этому, тетраэдрная модель включает в себя все достоинства, которыми обладают капельная и оболочечная модели, избегая недостатков, присущих каждой из этих моделей. В частности, тетраэдрная модель объясняет наличие магических ядер, которые не описываются оболочечной моделью.


Примечание. Современные физики настолько «уверовали» в оболочечную модель, что наличие таких ядер не воспринимают как опровержение оболочечной модели.


В тетраэдрной модели не требуется предполагать, что нуклоны перемещаются по объему ядра со скоростями, составляющими порядка 5% скорости света, будь это «орбитальное» движение (как предполагает оболочечная модель) или хаотическое движение (как предполагает капельная модель). Нуклоны в ядрах совершают только колебательное движение вблизи своих положений равновесия.

Более того, в атомных ядрах нуклоны словно «растворяются»: от каждого нуклона остается только 3 кварка, которые он вносит в 3 разных (n,m)-узла ядерного каркаса. Именно (n,m)-узлы служат главными структурными элементами атомных ядер, а за нуклонами остается лишь функция связи между (n,m)-узлами.


Выводы

1. Атомные ядра имеют структуру квазикристаллов, в которых дальний порядок устанавливается ядерным каркасом из правильных тетраэдров, служащих ячейками, в которые встраиваются нуклоны в форме прямоугольных тетраэдров.

2. Ядерный квазикристалл является разновидностью смектического жидкого кристалла, обладающего сферической («капельной») формой: ядерная материя располагается в виде концентрических сферических слоев.

3. В атомных ядрах все входящие в состав нуклонов кварки собираются в (n,m)-узлы, образующиеся вокруг узлов ядерного каркаса.

4. Все (n,m)-узлы, принадлежащие одному слою, располагаются на сфере определенного радиуса на определенных расстояниях друг от друга.

5. Ядро 6Li имеют форму «треугольного гептаэдра»: почти правильного многогранника из 6 правильных треугольников, имеющего 9 ребер и 5 вершин.

6. В ядре 7Li имеется связанная с внешним пространством полость, что делает ядра 7Li главным кандидатом для осуществления холодного ядерного синтеза.


ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Новая модель атомного ядра (I) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 24855, 15.10.2018

2. В.А. Шашлов, Новая модель атомного ядра (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25421, 08.05.2019

3. В.А. Шашлов, Новая модель атомного ядра (III) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25435, 14.05.2019

4. https://www.nkj.ru/archive/articles/33706/

5. В.А. Шашлов, Академия Атомного Ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25447, 19.05.2019

6. В.А. Шашлов, Резюме для поступления на работу в ядерно-физический Институт // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25398, 30.04.2019



В.А. Шашлов, Новая модель атомных ядер (IV) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.25469, 28.05.2019

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru