|
|
В.А. Шашлов
Описана конструкция ядра 9Ве и приведена оценка его механического, электрического и магнитного моментов.
Цель работы
Цель работы – описать конструкцию ядра 9Ве и провести оценку его спинового (S), электрического (Q0) и магнитного (µ) моментов.
Содержание работы
В первой части описан общий вид и распределение масс, зарядов и спинов по объему конструкции ядра 9Ве.
Во второй и третьей частях приведены оценки механического, магнитного и электрического моментов 9Ве.
Данная работа является прямым продолжением работ [1,2].
I. Общий вид и кварковая формула конструкции 9Ве
Хорошо известно, что ядро 9Ве содержит 2 кластера в виде 2-х α-частиц (α ≡ 4Не) и нейтрон. Конструктивная модель уточняет взаимное расположение и способ соединения составляющих 9Ве субъединиц.
Чтобы представить структуру ядра 9Ве, опишем еще раз строение ядра 4Не [1,2].
Ядро 4Не образуется, когда на 4 грани правильного тетраэдра с длиной ребра а ~ 2,75 Фм накладываются основания 2-х тетраэдров-протонов и 2-х тетраэдров-нейтронов, имеющих такие же размеры.
Каждый нуклон содержит 3 кварка, расположенные вблизи вершин оснований тетраэдров-нуклонов, поэтому все 3*4 = 12 кварков оказываются расположенными вокруг вершин тетраэдра, и в каждой из 4-х вершин собирается по 3 кварка.
Узел, составленный из 3-х кварков, будет устойчивым, если будет содержать кварки обоих сортов: в узле должны быть 2 одноименных кварка и третий кварк другого сорта. В этом случае, абсолютная величина энергии кулоновского притяжения разноименных кварков будет превышать энергию отталкивания одноименных кварков: суммарная энергия будет отрицательной, и эти узлы будут стягивать нуклоны, вносящие в них свои кварки. В результате, образуется устойчивая конструкция из 4-х нуклонов, представляющая собой стабильное ядро 4Не.
Расстояние между кварками в «кварковых узлах» на порядок меньше расстояния между кварками в самих нуклонах: это расстояние составляет сотые доли Фм. На таком расстоянии, кулоновская энергия кваркового узла, в расчете на один кварк, достигает величины несколько Мэв, – эта энергия образует энергию связи нуклонов в ядрах.
В этом заключается основная идея конструктивной модели ядра.
Вернемся к ядру 4Не. Единственный способ распределения 6ти u-кварков и 6ти d-кварков по 4м вершинам при условии, что в каждой вершине имеются разноименные кварки, состоит в том, что в 2-х вершинах будут собраны по два u-кварка и одному d-кварку, в 2-х других вершинах – по одному u-кварку и по два d-кварка. Соответственно, кварковая формула ядра 4Не имеет вид: {4Не} = {(2u,1d)1, (2u,1d)2, (1u,2d)3, (1u,2d)4}.
Примечание 1. Кварковая формула указывает распределение кварковых зарядов и спинов по вершинам ячеек ядерного каркаса, сформированного наложением граней указанных тетраэдров.
Примечание 2. Нижние индексы указывают номера вершин ячеек ядерного каркаса, вокруг которых сформированы данные кварковые узлы.
Конструкция ядра 4Не будет максимально компактной и плотной, если один из 4-х тетраэдров-нуклонов будет инвертирован относительно своего основания, т.е. незаряженная вершина данного тетраэдра-нуклона будет вставлена в центральный тетраэдр, вокруг которого строится конструкция 4Не.
Запишем кварковые формулы 2-х ядер 4Не, образованных вокруг 2-х соседних ячеек ядерного каркаса, которые имеют общее ребро, соединяющее вершины №1 и №4.
Примечание. Ребро (1-4) закрыто центральным тетраэдром (нулевой ячейкой каркаса): оно соединяет вершину нулевой ячейки (этой вершине приписывается №1) с той вершиной основания, которая закрыта самой ячейкой (это вершина №4).
Данные формулы имеют вид: {4Не}I = {(1u,2d)1, (2u,1d)2, (1u,2d)4, (2u,1d)6} и {4Не}II = {(1u,2d)1, (2u,1d)3, (1u,2d)4, (2u,1d)7}.
Вершины №6 и №7 принадлежат второму слою вершин (узлов) ядерного каркаса.
Нейтрон будем вставлять в вершины №№ 1,2, 3, поэтому кварковая формула нейтрона {n} = {(1u)1, (1d)2, (1d)3}.
Суммируя все эти 3 кварковые формулы, получаем кварковую формулу ядра 9Ве: {9Ве} = {4Не}I + {4Не}II + {n} = {(3u,4d)1, (2u,2d)2, (2u,2d)3, (2u,4d)4, (2u,1d)6, (2u,1d)7}.
Данная кварковая формула показывает распределение 27 кварков, имеющихся в составе ядра 9Ве, по 6 узлам ядерного каркаса: 13ть u-кварков распределены максимально равномерно (3+2+2+2+2+2), а распределение 14ти d-кварков имеет вид: (4+2+2+4+1+1).
Данное распределение 27 кварков максимально симметрично и содержит максимальное количество четно-четных узлов, в которых спины кварков полностью компенсируются. Эти аргументы показывают, что данная кварковая формула с высокой вероятностью правильно описывает реальную структуру ядра 9Ве.
Примечание. Конструкция ядра 9Ве имеет сходство с конструкцией ядра 3Не, в которой вращающийся нейтрон заключен между двумя протонами [1,2]. В ядре 9Ве непарный нейтрон располагается аналогичным образом между двумя α-частицами.
II. Механический и магнитный моменты
1. Спин ядра 9Ве складывается из спинов 3-х нечетных узлов: (3,4), (2,1), (2,1).
В (2,1)-узлах спины непарных d-кварков передаются всей конструкции 9Ве, т.к. протоны, которым принадлежат эти кварки, не могут совершать индивидуальное вращение: этому препятствуют нуклоны, находящиеся в нижележащих ячейках.
Напротив, для непарного нейтрона, которому принадлежит непарный u-кварк в составе (3,4)-узла, нижележащая ячейка свободна.
Примечание. Эта ячейка расположена в промежутке между двумя α-частицами, которые обращены друг к другу основаниями инвертированных нуклонов, поэтому незаряженные вершины этих нуклонов не препятствуют вращению непарного нейтрона.
Спиновый момент непарного u-кварка (3,4)-узла «раскручивает» только непарный нейтрон, придавая ему индивидуальное вращение.
Примечание. Аналогичным образом вращается непарный нейтрон в ядре 3Не.
2. Именно вращение непарного нейтрона, точнее, вращение входящих в состав этого нейтрона 2-х d-кварков, определяет главный вклад в магнитный момент 9Ве.
Поскольку вращение непарного нейтрона совершается практически в тех же самых условиях, как в ядре 3Не, то создаваемый этим вращением магнитный момент имеет примерно такую же величину: µ(nнепар) ~ µ(3Не) ~ - 2,12 µя, µя – ядерный магнетон.
Спиновые моменты 2-х (2,1)-узлов приводят во вращение всю конструкцию ядра 9Ве. Вместе с конструкцией вращаются кварковые узлы и, поскольку эти узлы имеют (+) заряд, то порождаемый магнитный момент также имеет (+) знак.
Величина этого момента в (3-4) раза меньше магнитного момента ядра 7Li ~ + 3,27 µя. Уменьшение обусловлено тем, что ядро 9Ве вращается с меньшей угловой скоростью, что является следствием 3-х причин:
1. спиновый момент количества движения, создающий вращение ядра 9Ве, как целого, создается спином S = 1 (а не S = 3/2),
2. ядро 9Ве имеет большую массу,
3. конструкция ядра 9Ве имеет дискообразную форму, вследствие чего среднее расстояние от нуклонов до оси вращения больше, чем в 7Li, в (1,5-2) раза.
Соответственно, магнитный момент, порождаемый вращением ядра 9Ве, как целого, имеет величину (1/(3-4))*3,27 µя ~ + (0,8-1,1) µя, и результирующий магнитный момент µ(9Ве) ~ (- 2,12 + (0,8-1,1)) µя ~ - (1,0-1,3) µя. Данная величина хорошо согласуется с экспериментальным значением µ(9Ве)эксп ~ - 1,17 µя.
III. Электрический квадрупольный момент
Квадрупольный момент ядра 9Ве создается 5ю заряженными кварковыми узлами.
Два (2,2)-узла, расположенные в вершинах №2 и №3, в действительности являются (2,1)-узлами, поскольку принадлежащие этим узлам два d-кварка, входят в состав вращающегося нейтрона, вследствие чего периодически покидают эти узлы.
Оценим квадрупольный момент, создаваемый четырьмя (2,1)-узлами, расположенными в вершинах №2, №3, №6, №7. Эти узлы расположены в одной плоскости и находятся от электрического центра примерно на одинаковом расстоянии, равном высоте грани ячейки ядерного каркаса: h ~ (31/2/2)*а.
Принимая данную плоскость за плоскость (х,у), согласно формуле Q0 ~ - (1/е)*Σqi*[2(zi)2 - (Ri)2], получаем Q0 ~ - (1/е)*4е*(-(3/4)*(2,75 Фм)2) ~ + 22,7 Фм2.
Примечание. Здесь учтено, что Σqi = 4е, zi = 0 и Ri = h.
Вклад в Q0(9Ве), который вносят (3,4)-узел и вращающиеся d-кварки, в несколько раз меньше. Причина в том, что для этих зарядов величины 2(zi)2 и (Ri)2 имеют примерно одинаковую абсолютную величину, вследствие чего вклады этих величин в значительной степени компенсируют друг друга. Суммарный вклад в Q0 данных зарядов можно оценить в (3-4) Фм2, поэтому результирующее значение Q0(9Ве) ~ (22,7 + (3-4)) Фм2 ~ + (25,7 - 26,7) Фм2, что совпадает с экспериментальным значением Q0(9Ве)эксп ~ + 26,5 Фм2.
Примечание. Приведенная оценка объясняет, почему квадрупольные моменты 7Li и 9Ве имеют примерно одинаковые абсолютные величины и различаются знаком. Причина в том, что конструкции данных ядер имеют похожее строение (у обоих конструкций имеется два (2,1)-узла, расположенные на поверхности), однако они различаются своей формой: конструкция 7Li является вытянутой, а конструкция 9Ве – сплюснутой.
Заключение
В данной работе рассматривается приложение конструктивной модели ядра к исследованию структуры ядра 9Ве.
Найдена кварковая формула 9Ве и показано, что вычисленные с помощью этой формулы механический, магнитный и электрический моменты 9Ве в первом приближении совпадают с экспериментальными величинами.
После разработки компьютерной программы, приведенные оценки будут уточнены.
С помощью этой программы можно будет вычислить электрические и магнитные моменты всех остальных ядер, что позволит убедиться в справедливости конструктивной модели атомных ядер.
Выводы
1. Конструкция 9Ве получается путем объединения 2-х конструкций ядер 4Не и одного нейтрона, скрепляющего эти конструкции.
2. Кварковая формула 9Ве имеет вид {9Ве} = {(3,4), (2,2), (2,2), (2,4), (2,1), (2,1)}.
3. Спин S(9Ве) = 3/2 создается спинами 3-х нечетных узлов (3,4), (2,1), (2,1).
4. Магнитный и электрический моменты ядра 9Ве вычисляются, исходя из вида его конструкции и кварковой формулы.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Конструкция ядра 6Li // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27443, 29.11.2021
2. В.А. Шашлов, Конструкция ядра 7Li // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27463, 08.12.2021
В.А. Шашлов, Конструкция ядра 9Ве // «Академия Тринитаризма», М.,
 |