|
|
В.А. Шашлов
Атомные ядра представляют собой конструкции, построенные из нуклонов, имеющих форму прямоугольных тетраэдров и соединенных вершинами оснований этих тетраэдров.
Цель работы
Цель работы – предложить модель атомного ядра в виде нуклонных конструкций, составленных из нуклонов, соединенных благодаря тому, что соседние нуклоны вносят свои кварки в общие кварковые узлы, которые выполняют функцию крепления нуклонов в ядерных конструкциях.
С исходными идеями конструктивной модели можно ознакомиться в работах [1,2].
Содержание работы
В первой части описан способ объединения нуклонов в ядерные конструкции и общий вид этих конструкций.
Во второй части указаны следствия конструктивной модели ядра.
В третьей части указаны пути проверки конструктивной модели.
I. Конструктивная модель ядра
Структура атомных ядер описывается двумя видами тетраэдрических конструкций, образованных, соответственно из правильных и прямоугольных тетраэдров: прямоугольные тетраэдры моделируют форму нуклонов, а правильные тетраэдры служат ячейками, в которые встраиваются нуклоны.
Размеры правильного и прямоугольного тетраэдров, используемых для описания конструкций атомных ядер, согласованы между собой: основание прямоугольных тетраэдров конгруэнтно граням правильных тетраэдров.
При таких размерах, прямоугольные тетраэдры могут встраиваться в правильные тетраэдры, однако это встраивание может осуществляться единственным способом: основание прямоугольного тетраэдра должно совмещаться с одной из граней правильного тетраэдра, – иначе прямоугольный тетраэдр не поместится внутри правильного тетраэдра.
Примечание. Прямоугольный тетраэдр занимает половину объема правильного тетраэдра: прямоугольная вершина располагается на половине высоты правильного тетраэдра-ячейки, в которую вкладывается прямоугольный тетраэдр.
Итак, первой особенностью предлагаемой модели нуклона является то, что что нуклон имеет не сферическую, а тетраэдрическую форму.
Второе новшество заключается в том, что кварки располагаются вблизи вершин основания прямоугольного тетраэдра.
1. Первый тип ядерных конструкции строится путем наложения граней правильных тетраэдров: конструкции получаются, когда каждый тетраэдр одной из граней накладывается на грань соседнего тетраэдра.
Все возможные конструкции первого типа будем именовать «ядерный каркас»: ядерный каркас выполняет функцию 3-мерной формы (маски), в ячейки которой встраиваются нуклоны при построении ядерных конструкций.
Построение ядерного каркаса начинается с центральной ячейки в форме правильного тетраэдра, которой приписывается нулевой номер.
К четырем граням нулевой ячейки пристраиваются 4 точно такие же тетраэдра: эти 4 тетраэдра составляют первый слой ячеек ядерного каркаса.
Второй слой формируется, когда к 3*4 = 12 свободным граням 4-х тетраэдров первого слоя пристраивается 12 новых тетраэдров-ячеек.
Третий и последующий слои строятся аналогично. Данный алгоритм может продолжаться неограниченно: во внешнем слое ядерного каркаса всегда будут ячейки со свободными гранями, к которым могут быть присоединены новые тетраэдры-ячейки.
Примечание. В природе данный процесс обрывается, когда общее количество ячеек становится порядка 300: после того, как в ядерный каркас с таким числом ячеек встраивается ~ 300 нуклонов, ядерные конструкции оказываются предельно неустойчивыми, что соответствует предельно нестабильным ядрам.
Размер тетраэдрических ячеек ядерного каркаса определяется исходя из радиуса ядра 4Не. Конструкция ядра 4Не получается, когда основания 4-х тетраэдров-нуклонов (2-х протонов и 2-х нейтронов) накладываются на 4 грани нулевой ячейки. Поскольку кварки располагаются вблизи оснований, то все 12 кварков, которые имеются в 4-х нуклонах, располагаются вокруг 4-х вершин нулевой ячейки: по 3 кварка вокруг каждой вершины.
Это означает, что все заряды, которые имеются в ядре 4Не, располагаются на одинаковом расстоянии от центра правильного тетраэдра, каковым является нулевая ячейка. Данное расстояние равно радиусу (r) описанной сферы, который связан с длиной ребра (а) правильного тетраэдра соотношением r ~ (61/2/4)а.
С другой стороны, это расстояние совпадает с электрическим радиусом ядра 4Не, экспериментальное значение которого r(Не-4) ~ 1,68 Фм, поэтому а ~ 2,74 Фм.
Данная величина более чем в 1,5 раза превышает диаметр свободного нуклона ~ 2*0,84 Фм ~ 1,68 Фм, поэтому имеющиеся в нуклоне кварки могут совпасть с вершинами ячейки только в том случае, если размеры нуклона в плоскости, проходящей через 3 кварка, будут увеличены примерно в 1,5 раза. Данное увеличение достигается благодаря сжатию нуклона вдоль оси, перпендикулярной данной плоскости: при встраивании в ядерные конструкции нуклоны деформируются.
Примечание. Свободные нуклоны имеют форму правильных тетраэдров, а нуклоны, встроенные в атомные ядра, – форму прямоугольных тетраэдров.
2. Второй тип ядерных конструкции получается, когда тетраэдры-нуклоны встраиваются в ячейки ядерного каркаса. Встраивание происходит путем совмещения основания тетраэдра-нуклона с одной из 4-х граней тетраэдра-ячейки. Поскольку все 3 кварка нуклона расположены вблизи 3-х вершин основания, то при встраивании тетраэдров-нуклонов в тетраэдры-ячейки, все кварки оказываются расположенными вокруг узлов ядерного каркаса, в которых сходятся вершины тетраэдров-ячеек.
В результате, вокруг каждого узла собирается несколько u-кварков и d-кварков. Обозначая эти количества n и m, получаем, что в каждом из узлов образуется (n,m)-узел.
Расстояние между кварками в (n,m)-узле составляет сотые доли Фм. На таком расстоянии кулоновская энергия в расчете на один кварк имеет величину порядка 3 Мэв. Каждый нуклон вносит свои 3 кварка в три (n,m)-узла, поэтому в расчете на один нуклон энергия связи сформированных с помощью (n,m)-узлов конструкций имеет величину 3*3 ~ 9 Мэв. Этой энергии достаточно, чтобы удерживать нуклоны в составе ядерных конструкций: экспериментальное значение удельной энергии связи ядер ≤ 9 Мэв/нуклон.
Таким образом, атомные ядра образуются путем объединения в (n,m)-узлы кварков, расположенных в вершинах нуклонов, имеющих форму прямоугольных тетраэдров: атомные ядра представляют собой конструкции, которые получаются, когда в ячейки ядерного каркаса встраиваются прямоугольные тетраэдры-нуклоны.
II. Следствия конструктивной модели
В данном разделе указаны 3 следствия конструктивной модели ядра, которые могут быть положены в основу экспериментальной проверки модели.
1. Периодичность физических свойств и наличие магических ядер.
Данные свойства обусловлены периодичностью заполнения сферических слоев ядерного каркаса. Когда происходит полное заполнение очередного слоя, нуклонные конструкции получаются наиболее устойчивыми: эти конструкции соответствуют наиболее стабильным, «магическим» ядрам.
Данная модель объясняет не только сам факт существования магических ядер, но и сами магические числа: эти числа равны 1/2 от суммарного количества ячеек в N = 1; N = 1, 2; N = 1,2,3; и следующих наборов слоев ядерного каркаса (коэффициент 1/2 учитывает, что слои заполняются равными количествами протонов и нейтронов).
Проверим справедливость этого правила для первых 2-х магических чисел.
В первом слое имеется 4 ячейки, поэтому первое магическое число равно 4/2 = 2.
В первом и втором слоях содержится (4 + 12) = 16 ячеек, поэтому второе магическое число равно 16/2 = 8.
После того, как будут построены модели конструкций более тяжелых ядер, будет найдено количество ячеек в третьем и последующих слоях ядерного каркаса, что позволит вычислить следующие магические числа.
Примечание. Для третьего слоя данные построения проведены, и они показали, что в третьем слое содержится 24 ячейки, из чего следует, что третье магическое число равно (4 + 12 + 24)/2 = 20: это ядро 40Са.
В рамках данной модели находит объяснение существование полумагических ядер: эти ядра возникают, когда слои ядерного каркаса заполняются не полностью, но симметрично, и набор (n,m)-узлов также является симметричным.
2. Наличие многокварковых объектов.
Данные объекты давно обнаружены в ядрах и получили наименование «флуктоны», поскольку единственное объяснение, придуманное ядерными теоретиками, состоит в том, что эти объекты получаются в результате слияния 2-х, 3-х или 4-х нуклонов вследствие их столкновений в результате теплового движения. В единицах массы и заряда протона флуктоны могут обладать только целочисленными значениями массы и заряда.
Конструктивная модель утверждает, что многокварковыми объектами в ядрах являются (n,m)-узлы, и эти узлы могут иметь дробные значения массы и заряда.
3. Электрический и магнитный моменты.
Распределение нуклонов по ячейкам ядерного каркаса, а также набор (n,m)-узлов и их распределение по узлам ядерного каркаса однозначно определяют распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра. Построив модель ядерной конструкции, можно определить распределение этих 3-х величин, после чего вычислить спиновый, электрический и магнитный моменты данного ядра.
III. Проверка конструктивной модели
Конструктивная модель позволяет вычислить все физические параметры любого ядра. Укажем 3 способа экспериментальной проверки конструктивной модели.
1. Построить модели всех возможных ядерных конструкций и выделить наиболее симметричные конструкции. Данные конструкции будут соответствовать магическим и полумагическим ядрам. Будут найдены не только уже известные, но и неизвестные полумагические ядра. Обнаружение у этих ядер «магических» свойств станет экспериментальным подтверждением конструктивной модели.
2. Повторить эксперименты по кумулятивному рассеянию, в которых проявляются многокварковые объекты. Более точные эксперименты должны показать, что массы и заряды многокварковых объектов имеют не только целочисленные, но и дробные величины: это докажет, что данные объекты являются (n,m)-узлами.
3. Построение модели ядерной конструкций всех ядер позволит для каждого ядра найти распределение масс, зарядов и спинов по объему данного ядра. Определив все эти 3 распределения, можно вычислить спиновые, электрические и магнитные моменты всех ядер. Совпадение экспериментальных и теоретических значений столь большого массива физических величин явится однозначным подтверждением конструктивной модели.
Заключение
В данной работе предлагается принципиально новая модель атомного ядра, в которой нуклоны представляются в виде прямоугольных тетраэдров, в которых кварки располагаются в вершинах основания. Благодаря такому расположению, кварки соседних нуклонов сближаются на расстояние, много меньшее размеров нуклонов, в результате чего образуются (n,m)-узлы, которые скрепляют нуклонные конструкции: эти конструкции представляют собой атомные ядра.
Конструктивная модель объясняет все свойства, которыми обладают ядра [1,2].
Выводы
1. В свободном состоянии нуклоны имеют форму правильного тетраэдра, а в составе атомных ядер – форму прямоугольного тетраэдра.
2. Нуклоны объединяются в ядра путем собирания кварковых зарядов соседних нуклонов в кварковые узлы.
3. Кварковые узлы выполняют функцию крепежных элементов, которые скрепляют нуклоны в ядерные конструкции.
4. Вид ядерных конструкций находится путем встраивания нуклонов в ячейки ядерного каркаса, образованного наложением граней правильных тетраэдров.
5. Каждое ядро характеризуется особым расположением нуклонов в ячейках ядерного каркаса, а также особым распределением кварков по узлам каркаса.
6. Распределение нуклонов по ячейкам каркаса и распределение кварков по узлам каркаса определяют распределение массы, зарядов и спинов по объему ядра.
7. Знание распределений массы, зарядов и спинов, позволит вычислить спиновый, электрический и магнитный моменты любого ядра.
8. Ядерные конструкции состоят из сферических слоев тетраэдрических ячеек, количество которых определяет магические числа.
9. Полумагические ядра формируются при симметричном распределении нуклонов и кварков по ячейкам и узлам ядерного каркаса.
10. Многокварковые объекты в ядрах формируются путем собирания кварков соседних нуклонов в (n,m)-узлы.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Физика атомного ядра // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27316, 04.09.2021
2. В.А. Шашлов, Физика атомного ядра (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27325, 13.09.2021
В.А. Шашлов, Конструктивная ядерная модель // «Академия Тринитаризма», М.,
 |