Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

 

К 125-летнему юбилею ядерной физики и 110-летию открытия атомного ядра

Составлен перечень 10 главных проблем ядерной физики и указаны пути их решения, на основе новых моделей нуклона и атомного ядра. Выдвинуто предложение провести Конференцию, целью которой станет всестороннее обсуждение накопившихся в ядерной физике проблем.

Цель работы

Целью работы является предложить пути решения основных проблем ядерной физики, исходя из модели нуклонов в форме поверхности Боя и модели ядер в виде конструкций, построенных путем объединения вершин лепестков поверхности Боя.

Содержание работы

В первой части приведен перечень главных проблем, которые были выявлены за время 125-летнего исследования ядерных эффектов.

Во второй части описаны модели нуклонов и ядер, в рамках которых возможно решение всех накопившихся в ядерной физике проблем.

В третьей части рассмотрены пути решения ядерных проблем и практическое применение нового понимания структуры нуклонов и ядер.

Введение

Дата 1 марта хорошо известна всем русским людям, как дата, к которой ближайшие родственники или революционеры приурочивали убийство или отречение от престола русских царей.

Для физиков-ядерщиков 1 марта – это еще и профессиональный праздник: именно в этот день 1896 года А. Беккерель провел решающий опыт, доказавший существование излучения неизвестной природы, которое оказалось «первой ласточкой», возвестившей о начале исследований атомного ядра.

В 2021 году исполнится 125 лет началу проникновения в тайны ядра. Как полагается, к юбилейной дате следует подвести итоги, привести в систему нерешенные проблемы и наметить пути их решения. Данная работа является второй в серии работ, посвященных данной теме, первая – [1].

I. Перечень проблем

№1. Из чего состоят протоны и нейтроны?

Данная проблема возникла после открытия в 1919 и 1932 годах составных частей ядра в виде протона и нейтрона: «Какова природа протона и нейтрона: являются эти частицы элементарными или состоят из более мелких частиц?».

В 1964 году в решении данной проблемы был сделан шаг вперед: была высказана гипотеза, которая получила экспериментальное подтверждение, что в состав нуклона входят кварки, имеющие дробные заряды величиной 1/3 и 2/3. Однако, способ связи кварков друг с другом до настоящего времени остается не известным.

Созданная для этой цели квантовая хромодинамика не решила проблемы конфайнмента, что оставляет статус кварков в «подвешенном» состоянии: кварки могут оказаться не самостоятельными частицами, а неотъемлемыми частями адронов, которые образуются и исчезают вместе с образованием и исчезновением адронов.

Другими словами, имеется третий возможный ответ на вопрос об элементарности нейтрона и протона: истинно элементарными частицами являются сами нуклоны, однако каждый нуклон включает в себя 3 неотделимые части.

В природе реализуется именно эта третья возможность: нуклоны образуются на основе поверхности Боя, а кварки представляют собой лепестки поверхности Боя и существуют до тех пор, пока лепестки находятся в составе поверхности Боя.

№2. Какую форму имеет нуклон?

Вопрос о геометрической форме протона и нейтрона должен был бы возникнуть сразу после открытия данных частиц, однако «серьезные» физики даже не задавались этим вопросом: казалось очевидным, что нуклоны должны иметь шарообразную форму.

Однако, проведенные в последние годы эксперименты говорят об обратном. В этих экспериментах, проведенных самыми разными методами и с высокой точностью, измерялся радиус протона. Оказалось, что полученные значения существенно отличаются друг от друга и от ранее измеренных величин, причем эти значения выходят за пределы погрешности экспериментов.

Наиболее вероятная интерпретация данных результатов заключается в том, что в разных типах экспериментов протон проявляет разную степень сферичности, вследствие чего получаются разные значения радиуса.

№3. Почему нейтрон тяжелее протона?

Стандартная модель объясняет данное отличие тем, что d-кварк тяжелее u-кварка. Однако это «объяснение» лишь переводит проблему на другой уровень: «Почему d-кварк тяжелее u-кварка?». Данное соотношение между массами d-кварка и u-кварка представляется весьма странным, поскольку во втором и третьем семействах, наоборот, верхний кварк, обладающий вдвое большим зарядом, тяжелее нижнего.

В проективной модели разность масс нейтрона и протона обусловлена разной величиной энергии, образующейся вследствие кулоновского взаимодействия валентных кварков с морскими кварками: в протоне абсолютная величина зарядов валентных кварков имеет большую величину, вследствие чего вызванное указанным взаимодействием уменьшение энергии покоя также больше, чем в нейтроне.

№4. Как создается магнитный момент нуклонов?

Если бы существующее представление о распределении электрических зарядов по объему нуклонов соответствовало действительности, то не составляло бы труда вычислить создаваемый этим распределением магнитный момент. Отсутствие таких вычислений (и даже таких попыток) является косвенным указанием, что общепринятое распределение кварковых зарядов по объему нуклона является ошибочным.

В проективной модели нуклонов, аномальные магнитные моменты нуклонов создаются за счет вращения нуклона, как целого: вращающиеся вместе с нуклоном кварковые заряды создают круговые токи, которые порождают магнитный момент.

№5. Какова природа сил, посредством которых взаимодействуют нуклоны?

Наличие в ядре только нейтральных (нейтроны) и положительно заряженных (протоны) частиц вынудило физиков искать новое взаимодействие, способное противостоять расталкивающему действию протонов. Такое взаимодействие получило наименование «сильное взаимодействие».

Необходимость сильного взаимодействия не подверглось сомнению даже после обнаружения в составе нуклонов кварков, обладающих как положительным, так и отрицательным знаком зарядов. Если эти заряды жестко закреплены, то нуклоны будут представлять собой диполи, вследствие чего становится возможным объединение нуклонов точно также, как происходит «слипание» поднесенных на достаточно близкое расстояние диполей.

Казалось бы, данная возможность отвергается отсутствием у нейтронов дипольного момента. Однако, тот факт, что дипольный момент нейтронов не обнаружен экспериментально, еще не означает, что этот момент отсутствует: дипольный момент расположен в плоскости вращения нейтрона и, вследствие высокой частоты вращения, данный момент проявляется исключительно в виде магнитного момента (именно вращение дипольного момента порождает магнитный момент нуклонов: №4).

№6. Как объяснить периодичность изменения ядерных свойств?

В настоящее время периодичность объясняется оболочечной моделью, однако физические принципы, на которых построена оболочечная модель, вызывают большие сомнения. Эти принципы приемлемы для атома, но в ядре, где каждый нуклон занимает ячейку размером ~ 2 Фм, что практически совпадает с диаметром нуклона (т.е. нуклоны заполняют объем ядра столь же плотно, как как ионы в ионных кристаллах), исходные предпосылки оболочечной модели не соответствуют реальности: нет ни физически выделенного центра вращения, ни свободного пространства для вращения.

Периодичность в изменении физических свойств ядер в зависимости от массового числа, в частности, наличие магических ядер, объясняется тем, что ядра имеют форму вложенных друг в друга сферических слоев: магические ядра образуются, когда протоны и нейтроны полностью заполняют очередной сферический слой.

№7. Как формируются спины основных и возбужденных состояний?

Оболочечная модель дает правильные значения спинов основных состояний для большого количества ядер. Что касается возбужденных состояний, то здесь согласие гораздо хуже: последовательность спинов, которые измеряются при «однонуклонных» возбуждениях, практически никогда не совпадает с последовательностью спинов, которая следует из оболочечной модели (внешний нуклон «скачет» по уровням как пожелает).

В тетраэдрной модели ядра спин ядра определяется суммированием спинов кварков во всех (n,m)-узлах, а затем суммированием спинов самих (n,m)-узлов.

№8. Как вычислить магнитные (µ) моменты ядер?

Значения магнитных моментов вычисляются в рамках оболочечной модели: эти значения составляют «линии Шмидта». Однако для абсолютного большинства ядер экспериментальные значения µ очень плохо «ложатся» на эти линии.

В тетраэдрной модели магнитные моменты ядер создаются благодаря вращению зарядов (n,m)-узлов, которое они совершают вместе с вращением ядра, как целого, а вращение самих ядер создается в результате сложения вращений, придаваемых ядру спином каждого (n,m)-узла.

№9. Как вычислить электрические (Q₀) моменты ядер?

Ситуация с квадрупольным моментом ядер уникальна для теоретической физики: во всех монографиях приводится формула, по которой следует вычислять Q₀, однако никаких вычислений в соответствие с данной формулой не предпринимается: приводится лишь экспериментальная зависимость Q₀ от числа нуклонов.

В тетраэдрной модели квадрупольный электрический момент вычисляется без всяких проблем, исходя из распределения зарядов (n,m)-узлов по объему ядра.

№10. Какова истинная структура ядра?

В ядерной физике разработано большое число моделей ядра, но ни одна из этих моделей не способна объяснить всю совокупность свойств, которые присущи атомным ядрам. Встает закономерный вопрос: «Действительно ли атомное ядро является столь уникальным объектом, что не допускает описания с помощью единой модели?».

В тетраэдрной модели ядра представляют собой нуклонные конструкции, получающиеся путем объединения нуклонов вершинами своих лепестков, в которых располагаются кварковые заряды.

II. Проективная модель нуклона и тетраэдрная модель ядра

1. Строение нуклонов.

Проективная модель нуклона является частью проективной модели строения материи, согласно которой все частицы материи построены из 2-х элементов внешнего аффинно-проективного пространства, объемлющего обычное физическое (аффинное) пространство. Этими элементами являются замкнутая поверхность и связка прямых.

Центр связки прямых находится внутри данной поверхности, поэтому все прямые связки пересекают поверхность и соединяются с ней, образуя единый объект, который представляет собой частицу материи. Весь класс адронов построен на основе поверхности Боя, а нуклоны отличаются от всех остальных адронов лишь особенностями распределения долей связок прямых по лепесткам поверхности Боя.

Примечание 1. Поверхность Боя представляет собой замкнутую одностороннюю поверхность, имеющую топологию проективной плоскости, но содержащую 3 лепестка.

Примечание 2. Связка – это множество всех прямых внешнего пространства, проходящих через фиксированную точку, в нашем случае – центр поверхности Боя.

Итак, основополагающая гипотеза проективной модели нуклона звучит следующим образом: центральная часть (жесткий керн) нуклонов имеет форму поверхности Боя.

Данная гипотеза заменяет гипотезу о наличии в нуклонах 3-х кварков, связанных друг с другом цветным взаимодействием. Поверхность Боя содержит 3 лепестка, которые выполняют функцию кварков, а в цветном взаимодействии вообще нет необходимости, поскольку лепестки по своей геометрической природе являются неотъемлемыми частями поверхности Боя: лепестки не нужно «удерживать» какими-либо физическими связями.

Полная связка аффинно-проективных прямых является материальным носителем единичного заряда, знак которого определяется направлением ориентации прямых связки. В нуклонах связка распределяется по лепесткам поверхности Боя так, что на всех 3-х лепестках образуются заряды величиной (-1/3) и (+2/3): у нейтрона распределение зарядов по лепесткам имеет вид (+2/3, -1/3, -1/3), а у протона (+2/3, +2/3, -1/3). Именно таким образом формируются кварки: кварки не являются элементарными частицами, а образуются в процессе распределения связок прямых по лепесткам поверхности Боя.

Составляющие связки прямые фокусируются вблизи вершин лепестков, поэтому именно в этих вершинах располагаются кварковые заряды.

В этих же точках расположены спиновые моменты количества движения, которые определяются крутящими моментами, присущими всем аффинно-проективным прямым.

Напротив, масса кварка определяется натяжением, которое прямые связки приобретают при пересечении поверхности лепестка, вследствие чего масса более-менее равномерно распределена по этой поверхности.

Поверхность Боя имеет форму, близкую к сферической, однако эта форма может претерпевать существенные изменения, поскольку среда, «заполняющая» поверхность Боя, является чрезвычайно «текучей»: форма нуклона может изменяться вследствие его вращения (что имеет место для свободного нуклона) или внешних воздействий (например, благодаря контактам с другими нуклонами в ядерных конструкциях).

Примечание. Нуклон можно рассматривать как воздушный шарик, имеющий 3 выделенные «пальца», причем и шарик, и «пальцы» могут изменять свою форму.

2. Строение атомных ядер.

Все ядра построены по единому принципу, который заключается в следующем: ядра формируются путем объединения вершин лепестков поверхностей Боя.

Объединение вершин лепестков приводит к объединению расположенных в этих вершинах кварковых зарядов (кварков), вследствие чего образуются (n,m)-узлы: каждый узел содержит (n) штук u-кварков и (m) штук d-кварков. Поскольку заряды и спины сконцентрированы в вершинах лепестков поверхностей Боя, то (n,m)-узлы становятся носителями зарядов и спинов, которыми обладают составляющие ядро нуклоны.

Вместе с тем, (n,m)-узлы служат креплениями, удерживающими нуклоны в фиксированных положениях друг относительно друга: кулоновская энергия всех входящих в ядро (n,m)-узлов составляет энергию связи данного ядра.

Достаточная для объединения нуклонов энергия кулоновского взаимодействия в (n,m)-узлах достигается за счет чрезвычайно малого расстояния между кварками: среднее расстояние между кварками в (n,m)-узле составляет сотые доли Фм.

Пространственное расположение нуклонов и (n,m)-узлов внутри ядра определяется ядерным каркасом: вспомогательной геометрической конструкцией, образованной из правильных тетраэдров в результате наложения граней. Размер ячеек ядерного каркаса согласован с размером нуклонов: объем каждой ячейки примерно равен объему нуклона. Изображение нулевой ячейки и первого слой ячеек ядерного каркаса показано на рисунке.

Из данного рисунка совершенно ясно, как строятся все остальные ячейки ядерного каркаса: каждая ячейка пристраивается своей гранью к одной из внешних граней каркаса.

Каждое ядро получается путем встраивания соответствующего количества протонов и нейтронов в определенные ячейки ядерного каркаса.

Встраивание производится путем совмещения 3-х вершин лепестков поверхности Боя с тремя вершинами одной из 4-х граней данной ячейки. В результате, все кварки, входящие в состав нуклонов данного ядра, оказываются расположенными вокруг узлов ядерного каркаса: эти узлы и становятся (n,m)-узлами.

Итак, каждое ядро имеет форму ядерного каркаса, построенного наложением граней правильных тетраэдров, в ячейки которого встроены нуклоны.

Все ячейки и узлы ядерного каркаса могут быть пронумерованы, что позволяет для каждого ядра составить нуклонную и кварковую формулы.

Нуклонная формула показывает, в ячейки с какими номерами встроены нейтроны и протоны, а кварковая формула показывает, вокруг узлов с какими номерами сформировались (n,m)-узлы, а также вид самих узлов.

Нахождение нуклонной и кварковой формул является главной задачей исследования каждого ядра: эти формулы определяют распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра, что позволяет вычислить все физические характеристики ядра, в частности его электрический и магнитный моменты.

III. Пути решения проблем

Используя описанную структуру нуклонов и атомных ядер, уточним ответы на вопросы, которые были поставлены в I части.

№1. Каждый нуклон, равно как все остальные адроны, состоит из 2-х элементов: поверхности Боя и долей связок ориентированных прямых, соединенных с ее лепестками. Кварки не являются первичными частицами: кварки – это лепестки поверхности Боя, соединенные с определенной долей (1/3 или 2/3) связки прямых одного из 3-х сортов.

Каждый адрон образуется на основе поверхности Боя, поэтому в нем с момента рождения присутствуют 2 или 3 кварка. Процесс рождения состоит в распределении долей связок проективных прямых по двум или по трем лепесткам поверхности Боя, что приводит к рождению 2-кварковых мезонов и 3-кварковых барионов.

Данная модель объясняет причину разбиения кварков на «верхние» и «нижние»: если доля связки имеет величину 1/3, то получаются нижние кварки, а если 2/3 – верхние. Кроме того, доля связки может принадлежать одной из 3-х компонент связности внешнего пространства, что порождает кварки 3-х семейств. Все 2*3 = 6 комбинаций данных видов кварков обуславливают наличие 6 кварковых «ароматов» и полный спектр адронов.

№2. Отсутствие у нуклонов сферической симметрии является прямым следствием того, что нуклоны построены на основе поверхности Боя.

Более того, форма нуклона является весьма лабильной: она изменяется в зависимости от условий, в которых находится нуклон. Другими словами, свободный нуклон и нуклон в составе ядра имеет разную форму: свободный нуклон имеет форму, близкую к форме эллипсоида вращения, в ядре нуклон «растягивается» между тремя узлами ядерной конструкции, в которые входят 3 кварка нуклона, и приобретает форму ячейки, в которую встраивается, т.е. тетраэдрическую форму.

Примечание. Различие структурных функций свободного и связанного нуклона было выявлено в 1983 году, когда был обнаружен ЕМС-эффект.

У свободного нуклона форма деформирована вследствие его вращения, а в составе ядра деформация обусловлена «растягивающим» действием, которое создает встраивание 3-х кварков в три (n,m)-узла, в которые нуклон вносит свои кварки. В первом случае нуклон имеет форму эллипсоида вращения, а во втором – форму тетраэдра.

№3. Различие масс протона и нейтрона объясняется разной величиной энергии кулоновского взаимодействия валентных кварков с морскими кварками.

В протоне абсолютная величина заряда валентных кварков составляет 5/3, тогда как в нейтроне эта величина равна 4/3. Благодаря этому, в протоне энергия взаимодействия валентных кварков с морскими кварками противоположного знака имеет большую величину, чем в нейтроне. Поскольку эта энергия имеет отрицательный знак, то в протоне уменьшение энергии покоя (и, соответственно, массы) также имеет большую величину, чем в нейтроне. Достаточно, чтобы центр противоположно заряженных морских кварков сместился к валентным кваркам на ~ 0,2 Фм, чтобы за счет разности указанных энергий, разность масс нейтрона и протона составила ~ 1,3 Мэв.

№4. Магнитный момент нуклонов создается благодаря вращению кварковых зарядов, которое они испытывают вместе с вращением нуклона, как целого.

Вращение нуклона, как целого, создается в результате сложения вращений, которые придают нуклону спиновые моменты количества движения 3-х кварков. Положение оси вращения определяется из условия устойчивости вращения, что достигается, когда момент инерции имеет максимальную величину. В свою очередь, момент инерции будет максимальным, если ось вращения перпендикулярна плоскости, в которой расположены 3 кварка. Частота вращения определяется как частное от деления результирующего момента количества движения на момент инерции, после чего легко вычисляются искомые величины магнитных моментов нейтрона и протона [2].

Примечание. Данный механизм возникновения магнитного момента нуклонов указывает возможное объяснение «спинового кризиса протона»: передавая собственный (спиновый) момент количества движения нуклону, сами кварки «остаются без спина».

№5. Взаимодействие, удерживающее нуклоны в составе ядра, имеет кулоновскую природу, интенсивность которого увеличена за счет того, что кварки соседних нуклонов сближаются на расстояние в сотые доли Фм.

На таком расстоянии, энергия кулоновского притяжения кварковых зарядов в (n,m)-узлах в расчете на один кварк имеет величину (2,5 - 3) Мэв. Поскольку каждый нуклон встроен в ядерную конструкцию всеми тремя кварками, то в расчете на один нуклон, энергия связи имеет величину 3*(2,5 - 3) ~ 8 Мэв, что согласуется с удельной величиной энергии связи ядер. Приведенные оценки показывают, что необходимость в сильном взаимодействии внутри ядра отсутствует: сильного взаимодействия, как особого фундаментального вида взаимодействий не существует.

Взаимодействие троек кварковых зарядов, сближенных на предельно малые расстояния, объясняет все свойства, которые приписываются сильному взаимодействию:

1) короткодействие: взаимодействие троек кварковых зарядов начинает проявляться на расстояниях ~ 2 Фм, поскольку размер нуклонных диполей ~ 1 Фм,

2) смена знака с притяжения на отталкивание на расстояниях ~ 0,4 Фм происходит потому, что жесткие керны нуклонов приходят в контакт друг с другом,

3) большая величина: кулоновское взаимодействие обеспечивает энергию связи ~ 8 Мэв благодаря сближению кварков соседних нуклонов на расстояние в сотые доли Фм,

4) сильная зависимость от спина: интенсивность кулоновского взаимодействия троек кварковых зарядов существенно зависит от ориентации плоскостей, в которых расположены эти кварки, а положение этих плоскостей определяет направление спинов,

5) насыщение: каждый нуклон взаимодействует только с теми нуклонами, которые вносят кварки в те самые 3 (n,m)-узла, в которые данный нуклон вносит свои 3 кварка,

6) нецентральный характер обусловлен тем, что размер треугольников, в вершинах которых расположены тройки взаимодействующих кварков, имеет тот же порядок величины, что расстояние между центрами этих треугольников,

7) зарядовая симметрия: интенсивность взаимодействия кварков в (n,m)-узлах не зависит от того, какому нуклону принадлежат эти кварки – протону или нейтрону.

Все свойства, которые приписываются сильному взаимодействию, находят объяснение, как свойства кулоновского взаимодействия троек кварковых зарядов.

Примечание. Описанный механизм межнуклонного взаимодействия вполне нагляден: именно таким образом «слипаются» диполи, образуя устойчивые конструкции (даже если к диполям прикрепить не слишком большие одноименные заряды).

В сильном (цветном) взаимодействии между кварками внутри нуклонов вообще нет необходимости: кварки «удерживаются» в нуклонах в силу того, что лепестки являются неотъемлемыми частями поверхности Боя.

Примечание. Проблема конфаймента возникает потому, что Стандартная модель неправильно понимает природу адронов и кварков.

№6. Периодическое изменение физических свойств и наличие магических ядер обусловлено особенностями заполнения нуклонами ядерного каркаса.

Нулевая ячейка в большинстве ядер остается свободной. Первый слой ядерного каркаса содержит 4 ячейки. Для получения симметричного распределения кварков в 4-х узлах, эти ячейки должны быть заполнены одинаковым количеством протонов и нейтронов. Это означает, что первое магическое число должно быть n₁ = 4/2 = 2.

Второй слой содержит 3*4 = 12 ячеек, что в сумме с ячейками первого слоя составляет 4 + 12 = 16 ячеек. То же самое условие симметричности заполнения ячеек протонами и нейтронами означает, что второе магическое число равно n₂ = 16/2 = 8.

При нахождении следующих магических чисел возникают небольшие усложнения, однако они не сказываются на общем выводе, что магические числа получаются, исходя из последовательности заполнения нуклонами отдельных слоев ядерного каркаса.

На этом пути находят объяснение и квазимагических ядра, физические свойства которых также отличаются (чуть менее сильно) от свойств соседних ядер: данные ядра возникают, когда очередной слой ядерного каркаса заполнен не полностью, однако в заполнении внешнего и предшествующих слоев имеется некоторая симметрия. Последовательное построение моделей всех ядерных конструкций и нахождение всех таких симметрий позволит определить все квазимагические ядра.

№7. Возбужденные состояния ядер, которые приписываются переходам нуклонов на более высокие орбитальные уровни, в действительности порождаются изменением ориентации спинов кварков в (n,m)-узлах, которые скрепляют ядерную конструкцию.

При изменении спина одного кварка, спин ядра изменяется на [1/2 - (-1/2)] = 1. Аналогичным образом изменяется спин ядра, когда происходит изменение спинов нескольких спинов в одном или сразу в нескольких (n,m)-узлах.

Примечание. В оболочечной модели это интерпретируется как изменение орбитального квантового числа, хотя никаких «орбит» ни у нуклонов, ни у кварков нет.

Все возможные сочетания этих изменений формируют полный спектр «однонуклонных» возбуждений атомных ядер, что объясняет чрезвычайно загадочное изменение абсолютных величин и четностей данных уровней.

№8. Для вычисления магнитного дипольного момента требуется знать, как распределены по объему ядерной конструкции массы, заряды и спины.

Заряд каждого (n,m)-узла имеет величину [(2/3)*n - (1/3)*m].

Спины также расположены в (n,m)-узлах и могут принимать только 3 значения: если узел четно-четный, то s = 0, если нечетный s = 1/2, а если нечетно-нечетный s = 1.

Масса нуклона располагается вблизи центра ячейки, в которую встроен нуклон.

Знание данных величин, вместе с определением координат (n,m)-узлов и центров ячеек, вполне достаточно для вычисления магнитного момента ядра. Алгоритм вычисления магнитного момента включает следующие 6 шагов:

1. находится ось вращения ядра: она совпадает с собственным вектором, который соответствует максимальному собственному значению тензора инерции,

2. рассчитываются угловые скорости, которые придают ядерной конструкции спины всех (n,m)-узлов, как частное от деления спиновых моментов количества движения на моменты инерции ядра относительно осей, проходящих черед данные (n,m)-узлы,

3. складываются все угловые скорости и определяется результирующая угловая скорость вращения ядра, как целого,

4. находится частота вращения каждого (n,m)-узла и величина кругового тока, создаваемого вращением данного (n,m)-узла,

5. находятся площади, которые «заметает» каждый (n,m)-узел, и перемножая эти площади на величину круговых токов, определяются магнитные моменты, создаваемые вращением каждого (n,m)-узла,

6. суммируя эти моменты, получаем величину магнитного момента ядра.

№9. Для вычисления электрического квадрупольного момента достаточно знать только координаты и заряды всех (n,m)-узлов. По стандартной барицентрической формуле, в которой массы заменены на заряды, находится положение электрического центра ядра. Относительно данного центра составляется тензор квадрупольного момента, после чего данный тензор приводится к диагональному виду: максимальное по абсолютной величине собственное значение, умноженное на коэффициент (-3), будет являться внутренним электрическим квадрупольным моментом ядра.

Примечание. Причина введения множителя (-3) заключается в необходимости учета дробной величины кварковых зарядов, а также изменения знака заряда кварков, когда их силовые линии пересекают одностороннюю поверхность Боя.

№10. Атомные ядра имеют структуру квазикристаллов, образованных путем объединения кварковых зарядов при соединении нуклонов вершинами своих лепестков.

Квазикристаллическая структура ядер задается ядерным каркасом, построенным путем наложения граней правильных тетраэдров. Выбор в качестве ячейки каркаса правильного тетраэдра объясняется тем, что поверхность Боя имеет форму, близкую к форме прямоугольного тетраэдра. Объем прямоугольного тетраэдра в 2 раза меньше, чем у правильного тетраэдра, грань которого равна основанию прямоугольного тетраэдра, поэтому тетраэдрическая ячейка максимально подходит для размещения нуклона.

Нуклоны в ядре занимают строго фиксированное, хотя и не регулярное положение. Столь же фиксированное положение занимают все кварки, собранные в (n,m)-узлы. Распределение (n,m)-узлов по объему ядра является даже более важной характеристикой, нежели расположение протонов и нейтронов: самыми главными структурными элементами ядра являются не протоны и нейтроны, а (n,m)-узлы.

Несмотря на свою новизну, идея о наличии в ядре (n,m)-узлов уже давно имеет экспериментальное подтверждение. Еще в 50-х годах были обнаружены кумулятивные эффекты при рассеянии электронов, что интерпретируется как наличие многокварковых образований. Данные образования получили наименование «флуктоны», поскольку считалось, что они образуются в результате спонтанного объединения 2-х, 3-х или 4-х нуклонов при их хаотическом, тепловом движении. В действительности, многокварковые образования представляют собой (n,m)-узлы, и этот вывод может быть легко проверен экспериментально: количество кварков в них не обязательно должно быть кратным 3, т.е. может принимать значения не только 6, 9, 12, но и любые промежуточные значения.

Примечание. Роль (n,m)-узлов в формировании ядерной структуры несравненно выше, чем флуктонов: именно (n,m)-узлы скрепляют нуклоны в ядра.

Данная модель способна объяснить все остальные эффекты, которые обнаружены в самое последнее время, например, наличие сильно коррелированных пар нейтрон-протон.

Понимание истинной структуры атомных ядер должно позволить разработать новые способы извлечения ядерной энергии и создать, если не «холодный», то по крайней мере, «теплый» синтез. Основы такого синтеза были рассмотрены в работе [3].

Заключение

В работе сформулированы и предложены пути решения 10 наиболее важных для понимания структуры нуклонов и ядер проблем.

Для детального рассмотрения проблем, которые накопились ядерной физики за 125-лет, автор намерен организовать Конференцию, посвященную данному юбилею.

Целесообразность проведения такой Конференции тем более чем очевидна, что в 2021 году ядерная физика будет отмечать двойной юбилей: «стукнет» ровно 110 лет, как Резерфорд первый раз «пощупал» ядро, измерив его размер.

Предполагаемые место и время проведения Конференции – Нижний Новгород, середина июля 2021 года. Все детали проведения Юбилейной Ядерной Конференции будут указаны в Информационном письме, которое будет опубликовано на сайте «Академия Тринитаризма» 1 марта 2021 года.

Выводы

1. Жесткий керн нуклона представляет собой поверхность Боя.

2. Кварки образованы на основе 3-х лепестков поверхности Боя.

3. Масса кварка распределена по поверхности лепестка, а кварковые заряды и спины расположены в вершинах лепестков.

4. Атомные ядра образуются в результате соединения нуклонов вершинами своих лепестков, что приводит к объединения находящихся в них кварковых зарядов в (n,m)-узлы, выполняющих функцию «скреп», удерживающих нуклоны.

5. Ядра имеют форму конструкций, построенных встраиванием нуклонов в ячейки каркаса, образованного путем наложения граней правильных тетраэдров.

6. Структура ядра, т.е. распределение нуклонов и кварков по ячейкам и узлам ядерного каркаса описывается нуклонной и кварковой формулами.

7. Нуклонная и кварковая формулы определяют физические свойства ядер, в частности, величину их электрического и магнитного моментов.

8. Магические и квазимагические ядра формируются в результате последовательного заполнения нуклонами сферических слоев ядерного каркаса.

9. Межнуклонное взаимодействие в ядрах является кулоновским взаимодействием кварков на расстояниях в сотые доли Фм.

10. Проективная модель нуклона и тетраэдрная модель ядра способны объяснить все эффекты, обнаруженные за 125 лет существования ядерной физики.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Избранные вопросы тетраэдрной модели ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26780, 14.11.2020

2. В.А. Шашлов, Вычисление аномальных магнитных моментов нуклонов «из первых принципов» // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26719, 06.10.2020

3. В.А. Шашлов, Два эксперимента для обнаружения холодного ядерного синтеза // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25763, 27.09.2019

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]