|
|
В.А. Шашлов
Нуклоны обладают жестким керном в форме поверхности Боя, 3 лепестка которой образуют 3 кварка нуклона. Спиновые моменты 3-х кварков порождают вращение нуклона. Ось вращения лежит вне керна, и круговые токи, создаваемые вращением кварковых зарядов, формируют магнитный момент нуклона.
Цель работы
Цель работы – усовершенствовать модель нуклона на основе поверхности Боя и решить 2 главные задачи:
1) определить распределение кварковых зарядов по объему нуклона,
2) уточнить вычисление аномальных магнитных моментов нуклонов.
Содержание работы
В первой части описано строение нуклонов, как объектов, имеющих форму поверхности Боя.
Во второй части рассмотрено распределение в нуклоне кварковых зарядов.
В третьей части вычислен аномальный магнитный момент нейтрона.
I. Нуклоны, как объекты в форме поверхности Боя
Согласно Стандартной модели, нуклоны (как и весь класс адронов) построены из кварков, представляющих собой первичные (элементарные) частицы. Данное утверждение перешло в разряд аксиомы и не вызывает сомнения ни у одного серьезного физика.
В данной работе предлагается противоположный взгляд на природу адронов и кварков: первичными являются адроны, а кварки возникают как их неотъемлемые элементы (не имеющие самостоятельного существования) при образовании адронов.
Данная точка зрения реализуется в модели адронов на основе поверхности Боя. Согласно этой модели, адроны обладают жестким керном в виде поверхности Боя, которая включает в себя 3 лепестка: эти лепестки и представляют собой кварки.
Чтобы поверхность Боя стала адроном, а ее лепестки кварками, поверхность Боя должна соединиться со связкой аффинно-проективных прямых, которая наделит саму поверхность и ее лепестки массой, зарядом и спином.
Такое соединение происходит, когда центр связки совмещается с тройной точкой поверхности Боя, которая является общей для всех 3-х лепестков. При таком совмещении, составляющие связку прямые распределяются по трем лепесткам, и с каждым лепестком соединяется 1/3 или 2/3 доли связки. Связка является носителем единичного заряда (е), поэтому заряд лепестка может иметь только 2 абсолютных значения: (1/3)е или (2/3)е.
Данный вывод позволяет отождествить кварки с лепестками поверхности Боя.
Поскольку лепестки невозможно отделить от поверхности Боя, кварки также невозможно выделить из адронов. Таким образом, конфайнмент – это следствие геометрических свойств лепестков поверхности Боя.
В данной модели не требуется вводить один из главных постулатов Стандартной модели о существовании кварков, как фундаментальных частиц: кварки появляются как структурные элементы адронов, построенных из элементов аффинно-проективного пространства: поверхности Боя и связки прямых.
Примечание. Естественно, встает вопрос: «Откуда берутся поверхности Боя и связки аффинно-проективных прямых?». Ответ на этот вопрос дает проективная концепция Мироздания: данные объекты являются элементами Субстанции, имеющей форму бесконечномерного проективного пространства [1].
Кварки перестают быть элементарными частицами, объединение которых по двое и по трое приводит к рождению адронов, наоборот, кварки – это «вторичные» частицы, возникающие при рождении адронов.
В частности, это означает, что кварки не обладают способностью «свободного» движения внутри адронов: лепестки поверхности Боя жестко связаны друг с другом и могут совершать лишь колебательные движения, а кварковые заряды и спины располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя.
Примечание. «Асимптотически свободное» движение кварков, являющееся одним из основных выводов квантовой хромодинамики, не соответствует действительности.
Проективная модель строения нуклонов не только дает ответ на вопрос: «Почему нуклоны содержат 3 неотделимых друг от друга кварка, обладающие дробными зарядами?», но также позволяет получить ответы на следующие 2 вопроса:
1. как распределены кварковые заряды по объему нуклона?
2. каким образом кварковые заряды создают магнитные моменты нуклонов?
II. Распределение заряда в нуклоне
Чтобы выяснить наиболее характерные особенности распределения электрических зарядов по объему нуклона, предельно упростим модель нуклона в виде поверхности Боя. Оставим от этой поверхности только равносторонний треугольник, вершинами которого служат вершины лепестков поверхности Боя. Эти вершины, в которых располагаются кварковые заряды и спины, обозначим А, В, С.
Примечание. Деформация, вызванная вращением нуклона, пока не учитывается.
Согласно принципу Паули, спины одноименных кварков противоположны, спин третьего кварка параллелен одному из этих спинов, и все 3 спина перпендикулярны плоскости, в которой расположены 3 кварка.
Примечание. Последнее утверждение следует из требования устойчивости вращения, чтобы нуклон вращался в одной плоскости (без кувырков).
Положение оси вращения определяется правилом сложения параллельных и антипараллельных вращений. Сначала складываются параллельные вращения, результатом чего является вращение с удвоенной частотой вокруг оси, проходящей через середину отрезка ВС (точка Д). Затем это (промежуточное) вращение складывается с антипараллельным вращением, порождаемым спином, расположенным в точке А. В итоге, результирующая ось вращения нейтрона находится вне отрезка АД и проходит через точку О, отстоящую от точки Д на расстояние, равное отрезку АД: ОД = АД.
Это приводит к первому выводу: центр нуклона (О) лежит вне жесткого керна нейтрона (вне треугольника, вершинами которого служат 3 валентные кварка).
Второй вывод состоит в том, что 2 из 3-х кварков нейтрона, а именно u-кварк и один из d-кварков вращаются на одном и том же расстоянии от центра, и создают на «своей орбите» суммарный заряд +(2/3) е + (-1/3) е = +(1/3) е.
Итак, распределение электрического заряда внутри нейтрона должно иметь 2 максимума: первый максимум – на расстоянии от центра нейтрона равным r1 = ОВ = ОС, а второй максимум – на расстоянии r2 = ОА, определяемым положением второго d-кварка. Заряд внутренней орбиты положительный, а внешней орбиты – отрицательный.
Положение орбиты второго (внешнего) d-кварка определяет радиус нейтрона.
Экспериментальное распределение заряда в нейтроне и протоне показано на сайте http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/024.htm Из вида данного распределения для нейтрона получаем следующие значения: r1 ~ 0,3 Фм и r2 ~ 0,84 Фм
Примечание 1. Второй максимум несколько размыт и его положение превышает r2 ~ 0,84 Фм. Это можно объяснить погрешностью экспериментов, в которую вносит вклад использование сферически симметричного форм-фактора, тогда как распределение зарядов в нуклоне имеет цилиндрическую симметрию. Значение r2 ~ 0,84 Фм принято равным радиусу протона, который измерен с гораздо большей точностью.
Примечание 2. Величины r1 ~ 0,3 Фм и r2 ~ 0,84 Фм уже учитывают деформацию нейтрона, которая имеет место вследствие чрезвычайно быстрого вращения.
Вращение протона совершается точно так же: ось вращения располагается на расстоянии r1 от 2-х разноименных кварков, и единственное отличие состоит в том, что третьим кварком, расположенным от оси на расстояние r2, является u-кварк.
Примечание. На указанном сайте распределение заряда в протоне показано «одногорбым», однако это может быть следствием невысокой точности измерений и ошибками при обработке результатов, что не позволило «разрешить» 2 максимума.
III. Магнитные моменты нуклонов
Описанная модель позволяет вычислить аномальные магнитные моменты нуклонов. Такое вычисление уже было проведено в работе [2]. В данном разделе этот расчет уточняется с использованием численных значений величин r1 и r2, которые характеризуют реальную форму деформированного нуклона.
Для вычисления магнитного момента используем классическую формулу в виде произведения заряда (q) на частоту вращения (ν) и «заметаемые» этими зарядами площади (S): µn ~ (1/с)*q*ν*S. Искомая величина магнитного момента получается, как сумма магнитных моментов, порождаемых вращением всех 3-х кварков нейтрона.
Зная положение оси вращения и расстояния от нее до кварковых зарядов, находим искомые величины площадей S1 = π*(r1)2 и S2 = π*(r2)2. Соответственно, проблема сводится к нахождению частоты вращения кварковых зарядов, которая связана с угловой скоростью вращения нуклона (ω) соотношением ν ~ (1/2π)*ω.
В первом приближении величина ω сохраняется равной угловой скорости вращения нейтрона, порождаемой спиновым моментом одного кварка без учета деформации нейтрона: ω ~ ω1 ~ J/I ~ (31/2/2)ℏ/(2/5)*mра2 ~ 31/2*(5/4)*ℏ/mра2, а – длина стороны треугольника АВС, (ℏ, mр – фундаментальные константы) [2].
Поскольку все 3 кварка вращаются с одинаковой угловой скоростью, два кварка «заметают» одну и ту же площадь, и заряды на первой и второй орбитах имеют одинаковую абсолютную величину (1/3)е, то формула для магнитного момента нейтрона приобретает простой вид [2]: µn ~ - (1/с)*(1/3)е*(1/2π)*ω*π(ОА2 - ОВ2).
В отличие от [2], в качестве величин ОВ и ОА примем их экспериментальные значения r1 ~ 0,3 Фм и r2 ~ 0,84 Фм, а величину «а» вычислим из соотношения, что радиус нейтрона равен удвоенной высоте треугольника АВС: r2 ~ ОА ~ 2*(31/2/2)*а, откуда а ~ (0,84/31/2) Фм. Подставляя данные величины, получаем µn ~ - (1/с)*(1/3)е*(1/2)(ℏ/mра2) *31/2*(5/4)*(0,842 - 0,32) ~ - 1,89 µ0, здесь µ0 = еℏ/2mрс – ядерный магнетон.
Полученная величина отличается от экспериментального значения (µn)эксп ~ - 1,91 µ0 всего лишь на 1%. Это позволяет сделать вывод, что «аномальный» магнитный момент нейтрона имеет обычную классическую природу: этот момент порождается вращением кварков, которые они совершают вместе с вращением нейтрона, как целого.
То, что вычисление аномального магнитного момента нейтрона, проведенное на основе изложенной модели, дает правильный результат, говорит о том, что модель нейтрона на основе поверхности Боя соответствует реальному нейтрону.
Вычисление магнитного момента протона осуществляется аналогично: 3 кварка протона также создают 2 максимума, расположенные на тех же самых расстояниях от оси вращения. Отличие в том, что заряды максимумов имеют одинаковый (положительный) знак, и величина заряда второго максимума равна +(2/3)е.
Единственная сложность заключается в определении частоты вращения. Как и в нейтроне, на первой орбите вращаются u-кварк и d-кварк, однако на второй орбите вместо d-кварка находится u-кварк, который является более массивным, вследствие чего угловая скорость вращения протона меньше.
Примечание 1. Масса u-кварка больше массы d-кварка, поскольку его лепесток пересекает в 2 раза большее число прямых связки, натяжение которых порождает массу кварков. Данный вывод согласуется с известным фактом, что во втором и третьем поколениях масса верхних кварков превышает массу нижних кварков.
Примечание 2. Тот факт, что масса протона меньше массы нейтрона, объясняется вкладом, который вносит кулоновская энергия отталкивания морских кварков, расположенных на чрезвычайно тонкой границе раздела одноименно заряженных лепестков. Это отталкивание ослабляет связь лепестков друг с другом, что уменьшает энергию покоя и, соответственно, массу: в протоне энергия отталкивания одноименно заряженных лепестков в 4 раза больше, чем в нейтроне.
Расчет магнитного момента протона будет представлен в следующих работах.
Заключение
Данная работа усовершенствует модель нуклона на основе поверхности Боя, развиваемую автором в течение последних 8 лет на сайте «Академия Тринитаризма».
Основные результаты работы:
1) объяснение наблюдаемого распределения заряда в объеме нуклонов,
2) вычисление магнитного момента нейтрона.
Показано, что распределение кварковых зарядов в нуклонах должно быть «двугорбым», а аномальные магнитные моменты нуклонов имеют классическую природу, т.е. порождаются круговыми токами, которые создаются кварковыми зарядами, совершающими вращение вместе с вращением нуклонов, как целого.
Примечание. Стандартная модель не объясняет, каким образом 3 кварка создают 2 максимума в распределении заряда внутри нуклонов и не способна вычислить аномальные магнитные моменты нуклонов.
Предлагаемая модель нуклона позволяет сделать несколько предсказаний, которые могут быть проверены экспериментально. Данные предсказания касаются распределения электрических зарядов: в этом распределении должно быть 2 максимума, причем первый максимум в нейтроне и в протоне должен иметь одинаковую величину.
Обнаружение именно такого распределения электрических зарядов станет надежным подтверждением модели нуклона на основе поверхности Боя.
Понимание истинного строения нуклонов позволит построить адекватную модель атомного ядра, создание которой найдет чрезвычайно важные практические приложения.
Выводы
1. Адроны образованы на основе поверхности Боя.
2. Кварки образованы на основе лепестков поверхности Боя.
3. Кварковые заряды и спины расположены в вершинах лепестков.
4. Нуклон, как целое, находится в состоянии вращения.
5. Вращение нуклона создается спиновыми моментами 3-х кварков.
6. Ось вращения нуклона расположена вне жесткого керна.
7. Два кварка вращаются по одной и той же орбите, создавая первый максимум в распределении заряда величиной (+1/3)е.
8. Второй максимум создается вращением второго одноименного кварка: этот максимум определяет радиус нуклона.
9. Аномальные магнитные моменты нуклонов создаются круговыми токами кварковых зарядов, порождаемых вращением нуклонов, как целого.
10. Модель нуклона на основе поверхности Боя позволяет построить новую модель атомного ядра, способную вычислить все физические величины ядер.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Тайна Мироздания // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27095, 19.04.2021
2. В.А. Шашлов, Вычисление аномальных магнитных моментов нуклонов «из первых принципов» // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26719, 06.10.2020
В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре нуклона // «Академия Тринитаризма», М.,
 |