|
|
В.А. Шашлов
Атомные ядра представляют собой конструкции, построенные в результате соединения вершин выпуклых частей нуклонов, в которых расположены кварки. Объединение кварков соседних нуклонов приводит к образованию кварковых узлов, которые удерживают нуклоны в составе ядерных конструкций.
Цель работы
Цель работы – уточнить основные положения архитектурной модели ядра [1], в которой ядра представляют собой конструкции, построенные из нуклонов в форме прямоугольных тетраэдров, соединенных вершинами своих оснований.
Содержание работы
В первой части показано, что нуклоны имеют форму, близкую к форме прямоугольного тетраэдра, в 3-х вершинах основания которого расположены кварки.
Во второй части показано, что атомные ядра представляют собой конструкции, составленные из тетраэдров-нуклонов путем соединения вершин оснований.
В третьей части показано, каким образом в архитектурной модели ядра получают объяснение основные свойства атомных ядер.
I. Истоки новой модели ядра
В основу архитектурной модели ядра положена модель нуклона в виде поверхности Боя [2].
Поверхность Боя содержит 3 неотделимых друг от друга лепестка, которые естественно отождествить с тремя кварками, которые невозможно отделить друг от друга. Поскольку кварковые заряды и спины расположены в вершинах лепестков, то в качестве кварков можно рассматривать только вершины лепестков поверхности Боя.
Суть новой модели нуклона состоит в том, что «первичными кирпичиками» нуклонов (как и всех адронов) являются не кварки и глюоны, а поверхности Боя и связки прямых: объединение этих 2-х объектов образует весь класс адронов.
Поверхность Боя выполняет функцию жесткого керна, для существования которого не требуется, чтобы входящие в состав керна лепестки обменивались глюонами.
Связка прямых наделяет адроны массой, зарядом и спином: массу порождает натяжение связки прямых, а заряд и спин – вращение и кручение прямых связки.
Примечание. Связки входят в состав всех частиц материи и являются также носителями всех взаимодействий, в которых принимают участие частицы.
Адроны образуются, когда центр связки совмещается с центром поверхности Боя. При этом, составляющие связку прямые распределяются по трем лепесткам, и связка делится на 3 равные части, формируя на лепестках заряды величиной 1/3 и 2/3.
Примечание. Заряд 2/3 возникает, когда доля связки, принадлежащая одному из лепестков, переходит на соседний лепесток, увеличивая его заряд в 2 раза. Один из лепестков может оказаться свободным: в этом случае образуются мезоны.
Знак заряда зависит от ориентации прямых: если прямые ориентированы от лепестка, заряд положительный, а если – на лепесток, то заряд отрицательный. Если набор зарядов на лепестках поверхности Боя имеет вид (+2/3, -1/3, -1/3), то образуется нейтрон, а если (+2/3, +2/3, -1/3) – протон.
Кварковые заряды образуются в результате фокусирования лепестками прямых связки и эти фокусы располагаются вблизи вершин лепестков поверхности Боя.
К этим же точкам приложен спин кварков: спиновый момент количества движения порождается крутящим моментом составляющих связку прямых.
Примечание. Поскольку прямые связки заполняют полный телесный угол, спиновый момент существует сразу во всех направлениях, но в каждом направлении спин создается одной-единственной прямой, расположенной в данном направлении.
Масса кварка определяется натяжением всех прямых той доли связки, которая соединена с данным лепестком. Натяжение создается всей поверхностью лепестка, поэтому масса распределена по поверхности, а центр масс нуклона расположен в тройной точке поверхности Боя.
Если нуклоны построены на основе поверхности Боя, то, естественно, встает задача построить модель ядра, которая будет учитывать, что нуклоны обладают формой поверхности Боя (а не обычной сферы).
Чтобы сделать новую модель ядра более наглядной, заменим поверхность Боя более простым геометрическим объектом, который хорошо передает ее форму. Этот объект – прямоугольный тетраэдр: прямоугольная вершина соответствует тройной точке, а 3 вершины основания – вершинам 3-х лепестков поверхности Боя.
Итак, нуклон будем представлять в виде прямоугольного тетраэдра, центр масс которого расположен в прямоугольной вершине, а кварковые заряды и спины – в вершинах основания.
В пользу данной модели нуклона говорит то, что она позволяет объяснить наблюдаемое распределение электрического заряда внутри нуклона, а также вычислить аномальный магнитный момент нейтрона [2].
II. Принципы построения ядерных конструкций
Главной особенностью описанной модели нуклона является то, что все 3 кварка постоянно находятся на поверхности нуклона: в участках поверхности, которые служат лепестками поверхности Боя, более того, в вершинах этих лепестков. Это делает возможным принципиально новый способ объединения нуклонов: путем соединения участками поверхности (вершинами лепестков), в которых находятся кварки.
В архитектурной модели ядра нуклоны имеют форму прямоугольного тетраэдра и объединяются в ядерные конструкции путем объединения вершинами своих оснований.
В результате такого объединения, кварки соседних нуклонов собираются в многокварковые узлы, которые – по количеству собранных кварков – будем именовать «(n,m)-узлы», n – число u-кварков, m – число d-кварков в данном узле.
Примечание. Количество u-кварков и d-кварков в (n,m)-узлах должно быть примерно одинаковым, и кварки должны располагаться так, чтобы энергия притяжения разноименных кварков превышала энергию отталкивания одноименных кварков.
Кварки отстоят от вершин лепестков поверхности Боя на сотые доли Фм, поэтому расстояние между кварками в (n,m)-узлах также имеет величину порядка сотых долей Фм. В (n,m)-узле столь малых размеров, кулоновская энергия притяжения, в расчете на один кварк, имеет величину ~ 3 Мэв. Поскольку каждый нуклон вносит свои 3 кварка в три (n,m)-узла, в каждом из которых энергия связи составляет 3 Мэв/кварк, то в расчете на один нуклон эта энергия имеет величину 3*3 Мэв ~ 9 Мэв.
Именно такую величину имеет удельная энергия связи большинства ядер. Это означает, что энергия связи ядер имеет кулоновскую природу: энергия связи создается кулоновским притяжением кварков в (n,m)-узлах ядерных конструкций.
Примечание. Утверждение, что одноименно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны могут объединяться в ядра только благодаря сильному взаимодействию, является заблуждением, поскольку не учитывает кварковую структуру нуклонов: нуклоны соединяются друг с другом так, как обычные диполи, поднесенные друг к другу на достаточно малое расстояние (отличие лишь в том, что у диполей 2 заряженных центра, а у нуклонов количество таких центров равно 3).
Согласно предлагаемой точке зрения, атомные ядра имеют вид конструкций, составленных из одинаковых элементов в виде прямоугольных тетраэдров, а функцию крепления нуклонов в ядерных конструкциях выполняют (n,m)-узлы.
Осталось установить вид ядерных конструкций. На первый взгляд, прямоугольные тетраэдры, соединяясь вершинами оснований, могут создать конструкции произвольной формы. В действительности, устойчивые конструкции образуются только при определенном расположении тетраэдров друг относительно друга: ядерные конструкции имеют вполне определенные пространственные конфигурации.
Чтобы наглядно представить ядерные конструкции, введем вспомогательную конструкцию, которую будем именовать «ядерный каркас».
Примечание. Ядерный каркас выполняет функцию «строительных лесов», используемых при построении ядерных конструкций.
Ядерный каркас строится из правильных тетраэдров, грани которых конгруэнтны основаниям тетраэдров-нуклонов. Каждый такой правильный тетраэдр является ячейкой ядерного каркаса, а сам ядерный каркас получается, когда эти ячейки накладываются друг на друга своими гранями.
Примечание. Любая конструкция, образованная наложением граней правильных тетраэдров указанного размера, может служить ядерным каркасом.
Несложно заметить, что при построении ядерного каркаса, он приобретает сферическую форму: ячейки каркаса укладываются в виде сферических слоев.
Возьмем начальную (нулевую) ячейку. К четырем граням нулевой ячейки пристроим 4 ячейки: эти ячейки составят первый слой ядерного каркаса. Затем, к 12 свободным граням ячеек первого слоя (4*3 = 12) пристроим 12 новых ячеек: эти ячейки составят второй слой ядерного каркаса и т.д.
Атомные ядра образуются путем встраивания тетраэдров-нуклонов в ячейки ядерного каркаса. Встраивание возможно только в том случае, если основание тетраэдра-нуклона будет совмещаться с гранью ячейки. Поскольку кварки располагаются в вершинах оснований, то все кварки автоматически оказываются расположенными вокруг узлов ядерного каркаса, что приводит к образованию (n,m)-узлов.
В результате, нуклоны располагаются в ядерной конструкции строго определенным образом, и столь же однозначным получается набор (n,m)-узлов. Приписав каждой ячейке и каждому узлу ядерного каркаса определенные номера, можно записать 2 формулы:
1. нуклонную формулу, показывающую, какие ячейки заполнены нуклонами,
2. кварковую формулу, показывающую, какой вид (n,m)-узла сформировался вокруг каждого из узлов ядерного каркаса.
Примечание. Нуклонная формула показывает, в ячейки с какими номерами встроены нуклоны, а кварковая формула указывает порядковые номера узлов ядерного каркаса и какой набор кварков собрался в каждом из этих узлов.
Нуклонная и кварковая формула дают полную информацию о строении ядерной конструкции: зная эти формулы, можно определить пространственное положение каждого нуклона в ядерной конструкции и распределение кварков по узлам ядерного каркаса. Тем самым, находится распределение массы, заряда и спина по объему ядра, что позволяет вычислить все физические параметры ядра.
В частности, можно вычислить электрический и магнитный моменты любого ядра. Сравнив вычисленные значения с экспериментальными величинами, можно убедиться, соответствует ли построенная ядерная конструкция структуре данного ядра.
Для значительного числа нестабильных ядер электрический и магнитный моменты еще не измерены. Построив предполагаемые конструкции этих ядер, и произведя соответствующие вычисления, можно предсказать величину их электрических и магнитных моментов: если эксперимент подтвердит предсказанные величины, это явится надежным доказательством справедливости архитектурной модели ядра.
III. Свойства ядерных конструкций
В рамках архитектурной модели находят объяснение все свойства, которые обнаружены у атомных ядер.
1) Массы и заряды ядер получаются очевидным образом: они определяются числом нуклонов и числом протонов, входящих в состав ядерной конструкции.
2) Размер ядра определяется размером ячейки ядерного каркаса. Размер ячейки определим, исходя из конструкции ядра 4Не.
Конструкция ядра 4Не получается, когда основания 2-х тетраэдров-протонов и 2-х тетраэдров-нейтронов накладываются на 4 грани нулевой ячейки. При этом, все 12 кварков, которые имеются в ядре 4Не, собираются (по 3 кварка) вокруг 4-х вершин нулевой ячейки, т.е. располагаются на одинаковом расстоянии от центра нулевой ячейки. Это расстояние равно радиусу описанной сферы: r ~ (61/2/4)*а, а – длина ребра ячейки.
Этот радиус равен радиусу ядра 4Не. С другой стороны, экспериментальное значение радиуса ядра 4Не: r ~ 1,68 Фм, поэтому находим: а ~ (1,68*4)/61/2 ~ 2,74 Фм.
На первый взгляд, данный результат является аргументом против архитектурной модели: размер ячейки оказался больше длины ребра основания тетраэдра, который моделирует отдельный нуклон (~ 1 Фм). Соответственно, основания тетраэдров-нуклонов не могут накладываться на грани ячеек так, чтобы их вершины совпадали.
Данное противоречие разрешается тем, что при встраивании в ядерные конструкции нуклоны увеличивают свой размер. Причина увеличения размера нуклонов в том, что при объединении в ядра, нуклоны перестают вращаться, и их вращательная энергия преобразуется в упругую энергию лепестков поверхности Боя. Благодаря этой энергии, лепестки увеличивают свою длину: этот увеличенный размер поверхностей Боя определяет размер нуклонов в составе ядерных конструкций.
3) Форма ядра непосредственно определяется формой ядерной конструкции (изображение ядер в форме эллипсоидов вращения – это грубое приближение).
4) Спиновый момент ядра получается путем сложения спинов всех (n,m)-узлов.
Результатом такого сложения может являться вращение ядра, как целого. Положение оси вращения и угловая скорость вращения ядра определяются по правилу сложения вращений, которые придают ядерной конструкции спины всех (n,m)-узлов.
Примечание. Отдельные нуклоны могут совершать индивидуальное вращение, если соседняя ячейка ядерного каркаса не занята другим нуклоном.
5) Четность или нечетность ядра определяется наличием или отсутствием у ядерной конструкции центра симметрии.
6) Наличие магических и полумагических ядер.
Существование магических ядер обусловлено тем, что наиболее устойчивые ядерные конструкции, соответствующие наиболее стабильным ядрам, образуются, когда происходит полное заполнение очередного сферического слоя равными количествами протонов и нейтронов: эти количества определяют магические числа.
Полумагические ядра образуются, когда в ядерном каркасе имеются незаполненные слои, однако нуклоны встраиваются в ядерный каркас таким образом, что распределение кварков по узлам каркаса оказывается симметричным, а именно, симметричным является набор (n,m)-узлов, т.е. кварковая формула ядра.
7) Квадрупольный электрический момент (Q0).
Величина Q0 любого ядра вычисляется, исходя из распределения зарядов (n,m)-узлов по объему ядра. Это устраняет один из главных недостатков существующих моделей ядра: не способность вычислить Q0 ни одного ядра (за исключением дейтрона).
8) Дипольный магнитный момент (µ).
Определив положение оси и угловую скорость вращения ядерной конструкции, а также учтя магнитные моменты, создаваемые индивидуальным вращением нуклонов, можно вычислить магнитный момент любого ядра.
Подробные алгоритмы вычисления электрического и магнитного моментов приведены в работе [3]. Вычисление Q0 и µ всех, без исключения, ядер станет прямым доказательством справедливости архитектурной модели ядра.
Таким образом, архитектурная модель ядра вбирает в себя все достоинства капельной и оболочечной моделей и свободна от их недостатков.
Ядра действительно имеют форму капли, в которой нуклоны находятся в столь же тесном контакте, как молекулы в капле воды, однако, в отличие от молекул воды, нуклоны расположены упорядочено и, хотя не образуют периодическую решетку (это не позволяет сделать форма нуклона), размещаются регулярно в виде сферических слоев.
Данные сферические слои выполняют функцию оболочек в оболочечной модели: первые несколько слоев содержат именно столько нуклонов, сколько нуклонов имеется в соответствующих оболочках. Дальнейшее построение ядерных конструкций позволит определить особенности расположения третьего и последующих слоев ядерных конструкций, которые позволят выявить новые магические и полумагические ядра.
Примечание. Гипотеза о том, что нуклоны в ядрах совершают орбитальное движение, является глубоким заблуждением, длящимся уже более 70 лет.
Архитектурная модель позволяет не только «примирить» капельную и оболочечную модели, объяснив все эффекты, которые объясняют эти 2 модели, но также объяснить новые ядерные эффекты, которые обнаружены в последние десятилетия. Большая часть этих эффектов проистекают из того, что свойства нуклонов в составе ядер и свободных нуклонов существенно отличаются. Архитектурная модель выявляет причину такого отличия: в ядрах нуклоны объединяются своими кварками, в результате чего кварки становятся принадлежностью не столько нуклонов, сколько образованных при таком объединении многокварковых объектов – (n,m)-узлов.
Примечание. В составе атомных ядер каждый нуклон отдает свои кварки в совместное владение с соседними нуклонами, и изменяет даже свой размер и форму.
В ядрах (n,m)-узлы являются столь же важными элементами, как нуклоны. Самое удивительное, что многокварковые объекты обнаружены еще в 50-х годах ХХ века, однако до настоящего времени единственное объяснение этих объектов состоит в том, что они являются результатом слияния нескольких нуклонов вследствие флуктуаций теплового движения (поэтому получили наименование «флуктоны»).
Примечание. И где тогда оказывается оболочечная модель, если вместо независимых «орбитальных» движений, нуклоны объединяются в флуктоны?
Архитектурная модель тоже утверждает, что в ядрах происходит «слияние» нуклонов, только каждый нуклон «сливается» со всеми нуклонами, которые вносят свои кварки в те же самые три (n,m)-узла, в которые вносит кварки данный нуклон.
Кроме того, в отличие от «флуктуационной гипотезы», сливаются не отдельные нуклоны, а все нуклоны ядра. Все нуклоны вносят кварки в (n,m)-узлы, вследствие чего каждое ядро можно представлять в виде одной большой «нуклонной флуктуации» (в которой нуклоны расположены упорядоченным образом).
Заключение
Архитектурная модель атомного ядра является прямым следствием модели нуклона в форме поверхности Боя. Эта поверхность моделируется с помощью прямоугольного тетраэдра, и соединение тетраэдров-нуклонов осуществляется путем контакта вершин оснований этих тетраэдров, в которых расположены кварки. Данный контакт приводит к объединению кварков соседних нуклонов в (n,m)-узлы: именно (n,m)-узлы выполняют функцию креплений, которые соединяют нуклоны в ядра.
Примечание. Если нуклоны действительно имеют форму поверхности Боя и кварки располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя, то нужны какие-то чрезвычайные аргументы, чтобы нуклоны не могли соединяться посредством объединения находящихся в этих вершинах кварков.
На основе модели нуклона в форме прямоугольных тетраэдров строится модель атомного ядра, в которой объединение нуклонов осуществляется за счет объединения кварков, расположенных в вершинах оснований этих тетраэдров, где расположены кварки. Образующиеся в результате объединения кварков соседних нуклонов кварковые узлы служат элементами, которые скрепляют нуклоны в ядерные конструкции.
Вид ядерных конструкций определяется ядерным каркасом, построенным из правильных тетраэдров путем наложения граней: все ядра получаются путем встраивания тетраэдров-нуклонов в ячейки ядерного каркаса.
Задача исследования ядер сводится к нахождению вида ядерной конструкции каждого конкретного ядра, после чего можно вычислить все присущие ядру моменты: механический, электрический и магнитный. Сравнение вычисленных моментов с экспериментальными величинами позволит сделать однозначный вывод относительно справедливости предлагаемой модели ядра.
Выводы
1. Нуклоны имеют форму прямоугольных тетраэдров, в вершинах оснований которых расположены 3 кварка.
2. Атомные ядра образуются путем объединения тетраэдров-нуклонов вершинами своих оснований.
3. Объединение вершин оснований тетраэдров-нуклонов приводит к образованию (n,m)-узлов.
4. Кварковые узлы выполняют функцию креплений, которые соединяют нуклоны в ядерных конструкциях.
5. Ядерные конструкции имеют форму вложенных друг в друга сферических слоев, соединенных (n,m)-узлами.
6. Каждый слой содержит определенное количество нуклонов: это количество определяет магические числа ядер.
7. Каждое ядро характеризуется особым способом заполнения нуклонами ячеек ядерного каркаса и своим собственным набором кварковых узлов.
8. Расположение нуклонов в ядерном каркасе и набор кварковых узлов определяют распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра.
9. Определив координаты всех масс, зарядов и спинов, можно вычислить все физические параметры ядра.
10. Чтобы убедиться в справедливости архитектурной модели ядра, достаточно вычислить электрический и магнитный моменты всех ядер.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Архитектурная модель ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27145, 15.05.2021
2. В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре нуклона // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27168, 26.05.2021
3. В.А. Шашлов, Избранные вопросы тетраэдрной модели ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26780, 14.11.2020
В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре ядра // «Академия Тринитаризма», М.,
 |