|
|
В.А. Шашлов
Атомные ядра обладают квазикристаллической структурой, ячейки которой имеют форму тетраэдров. Нуклоны встраиваются в ячейки так, что кварки располагаются вблизи вершин ячеек. Все кварки группируются вокруг вершин, образуя кварковые узлы, содержащие определенное количество u-кварков и d-кварков. Кварковые узлы служат креплениями нуклонов в ядерных конструкциях.
Цель работы
Цель работы – описать механизм объединения нуклонов в ядра путем объединения кварков контактирующих нуклонов в кварковые узлы, а также рассмотреть свойства ядер, как конструкций, имеющих форму вложенных друг в друга сферических слоев.
Содержание работы
В первой части изложен механизм объединения кварков соседних нуклонов в кварковые узлы, выполняющие функцию креплений в ядерных конструкциях.
Во второй части дано описание ядер, как сферически-слоистых конструкций.
В третьей части рассмотрен простейший способ экспериментальной проверки предлагаемой модели ядра.
I. Принцип построения ядерных конструкций
Исследование природы атомных ядер начнем с рассмотрения структуры нуклона.
В Стандартной модели нуклон рассматривается как сфера, внутри которой «асимптотически свободно» движутся 3 кварка. За прошедшие полвека данная модель не смогла объяснить происхождение аномальных магнитных моментов протона и нейтрона, на основании чего можно с достаточно высокой степенью вероятности утверждать, что данная модель нуклона не соответствует действительности.
В данной работе предлагается новая модель нуклона, согласно которой нуклоны построены на основе поверхности Боя: замкнутой односторонней поверхности, содержащей 3 лепестка. Внешнюю форму поверхности Боя можно аппроксимировать с помощью прямоугольного тетраэдра. Прямоугольная вершина данного тетраэдра соответствует центральной части поверхности Боя, где соединяются 3 лепестка, а 3 вершины основания тетраэдра – вершинам 3-х лепестков.
Лепестки поверхности Боя формируют кварки: масса кварка распределена по поверхности лепестка, а заряд и спин сконцентрированы вблизи вершины.
Примечание. Данная модель позволяет вычислить аномальный магнитный момент нейтрона: определив параметры вращения нейтрона, как целого, можно вычислить величину круговых токов, создаваемых кварковыми зарядами и, соответственно, порождаемый этими токами магнитный момент [1].
Поскольку кварковые заряды располагаются вблизи поверхности нуклона, то при сближении нуклонов данными участками поверхности, кварковые заряды также оказываются в непосредственной близости друг от друга.
Примечание. При формировании ядерных конструкций, тетраэдры-нуклоны сближаются вершинами своих оснований, где расположены заряды и спины.
В результате кварки соседних нуклонов образуют небольшие по размеру объекты, содержащие определенное количество (n) u-кварков и (m) штук d-кварков: данные объекты будем именовать «(n,m)-узлы».
Если количество входящих в узел u-кварков и d-кварков примерно одинаково, то кварки могут расположиться таким образом, что энергия притяжения противоположно заряженных кварков будет превышать энергию отталкивания одноименно заряженных кварков. Соответственно, данный узел будет стягивать нуклоны, которые вносят свои кварки в данный (n,m)-узел.
Несложный расчет показывает, что кулоновская энергия кварков в кварковых узлах достаточна, чтобы удерживать нуклоны в составе ядер: энергия связи ядер представляет собой энергию связи кварков в кварковых узлах [2].
Каждый нуклон вносит свои 3 кварка в 3 кварковых узла. Это означает, что ядра можно рассматривать как 3-мерную «сеть», узлами которой служат (n,m)-узлы, а ячейки образованы соединяющими данные узлы нуклонами: кварковые узлы играют столь же важную роль в формировании ядерной структуры, как и сами нуклоны.
II. Строение ядерных конструкций
Структура атомных ядер определяется алгоритмом, в соответствие с которым формируется «нуклонно-кварковая сеть». Чтобы найти этот алгоритм, введем вспомогательную (воображаемую) конструкцию в виде ядерного каркаса, ячейками которой служат одинаковые по размеру правильные тетраэдры, грани которых конгруэнтны основаниям тетраэдров-нуклонов.
Ядерный каркас строится путем наложения правильных тетраэдров. В центре располагается «нулевой» тетраэдр (ячейка). К четырем граням нулевой ячейки присоединяются 4 ячейки первого слоя ячеек. Затем к 12 свободным граням ячеек первого слоя присоединяются 12 ячеек, составляющих второй слой ячеек и т.д.
Примечание. При образовании ядер, нуклоны укладываются сферическими слоями.
При построении третьего и последующих слоев возникают некоторые усложнения чисто геометрического характера, однако принцип построения ядерного каркаса остается неизменным. Каждое ядро, содержащее Z протонов и N нейтронов, получается путем заполнения протонами и нейтронами ядерного каркаса, содержащего А = (Z + N) ячеек.
Задача определения структуры каждого ядра сводится к решению 3-х задач:
1. определить вид ядерного каркаса данного ядра,
2. определить, в какие ячейки вставлены протоны, а в какие нейтроны,
3. определить, как расположен каждый нуклон внутри своей ячейки.
Решение этих 3-х задач полностью определяет конструкцию данного ядра: будет определено распределение нуклонов и кварковых узлов по объему ядра.
Тем самым, будет определено положение центров масс всех нуклонов, а также положение всех зарядов и спинов. В свою очередь, зная распределения масс, зарядов и спинов, можно вычислить все характеризующие ядра физические величины.
В качестве примера вычислим величину первых 2-х магических чисел.
Магические ядра образуются, когда происходит заполнение очередного сферического слоя. Первый слой содержит 4 ячейки, а второй слой – 12 ячеек. При заполнении первого, а также первого и второго слоев равными количествами протонов и нейтронов, эти количества будут равны 4/2 = 2 и (4 + 12)/2 = 8.
Именно такие значения имеют первые 2 магические числа. Нахождение третьего и следующих магических чисел требует учета особенностей строения соответствующих слоев ядерного каркаса.
Примечание. Нахождение магических чисел не требует введения постулата об «орбитальном движении» нуклонов в ядре: такое движение физически не реализуется.
III. Экспериментальная проверка
Наиболее простой способ проверки предлагаемой модели ядра заключается в сравнении величин электрических (Q0) и магнитных (µ) моментов, вычисленных с помощью данной модели, с экспериментальными значениями.
После того, как будут построены ядерные конструкции всех ядер, и для каждого ядра будет определено распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра, вычисление Q0 и µ не представляет особой сложности.
Действительно, Q0 представляет собой степень сферической не симметрии в расположении кварковых зарядов относительно центра этого распределения: для вычисления Q0 достаточно определись вид и распределение всех (n,m)-узлов.
Вычисление µ несколько сложнее: сначала требуется определить положение осей, относительно которых спиновые моменты (n,m)-узлов вращают ядерные конструкции, а также – угловые частоты этих вращений. После этого нужно сложить данных вращения и найти результирующую ось и частоту вращения ядерной конструкции. Это позволит определить величину круговых токов, создаваемых вращением зарядов всех (n,m)-узлов.
Одновременно находятся расстояния от узлов до оси вращения, что позволит определить заметаемые токами площади. Произведение данных величин даст значение магнитных моментов, порождаемых вращением всех (n,m)-узлов. Суммирование этих моментов, а также магнитных моментов, порождаемых вращением отдельных нуклонов, которые расположены на поверхности ядерной конструкции, дает искомое значение µ.
Описанные алгоритмы вычисления Q0 и µ справедливы для всех, без исключения ядер. В настоящее величины Q0 и µ измерены примерно для 1000 ядер. Это означает, что реализация обоих алгоритмов позволит получить порядка 2000 величин Q0 и µ, которые можно будет сравнить с экспериментальными значениями. Если для всех этих величин будет достигнуто согласие, – это явится надежным подтверждением данной модели ядра.
Заключение
В работе предлагается новая модель атомного ядра, объединяющая основные результаты, полученные в рамках капельной и оболочечной моделей.
Ядерные конструкции формируются нуклонами путем собирания своих кварков в кварковые узлы. Каждое ядро обладает своим собственным видом ядерной конструкции и своим собственным распределением кварковых узлов. Определив расположение нуклонов по ячейкам ядерного каркаса, а также вид всех кварковых узлов, можно вычислить все физические параметры ядра.
Сравнение вычисленных величин с экспериментальными значениями для всех, без исключения, ядер позволит убедиться в справедливости предлагаемой модели ядра.
Выводы
1. Нуклоны обладают жестким керном, имеющим форму 3-лепестковой поверхности Боя.
2. Кварковые заряды и спины расположены в вершинах лепестков поверхности Боя.
3. Нуклоны объединяются в ядра путем состыковки вершин лепестков поверхности Боя.
4. В результате объединения вершин лепестков поверхности Боя, образуются кварковые узлы, выполняющие функцию крепления нуклонов в ядрах.
5. Нуклоны располагаются в ячейках ядерного каркаса, полученного путем наложения граней правильных тетраэдров.
6. Ядерный каркас имеет форму вложенных друг в друга сферических слоев, содержащих 4, 12, 24 … тетраэдров.
7. Ядра имеют форму сферически-слоистых конструкций, полученных путем встраивания нуклонов в ячейки ядерного каркаса.
8. Магические числа определяются количеством нуклонов, требуемых для последовательного заполнения слоев ядерного каркаса.
9. Каждое ядро характеризуется определенным распределением нуклонов по ячейкам ядерного каркаса.
10. Каждому способу заполнения ядерного каркаса соответствует фиксированное распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра.
11. Зная распределение масс, зарядов и спинов, можно вычислить механический, электрический и магнитный моменты каждого ядра.
12. Сравнение вычисленных моментов с экспериментальными значениями позволит сделать однозначный вывод о справедливости новой модели ядра.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре нуклона // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27168, 26.05.2021
2. В.А. Шашлов, На пути к истинной структуре ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27187, 05.06.2021
В.А. Шашлов, Физика атомного ядра // «Академия Тринитаризма», М.,
 |