Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Изложены основы конструктивной модели ядра. Рассмотрены проблемы экспериментальной проверки и практического применения данной модели.

Цель работы

Цель работы – описать конструктивную модель атомного ядра, и предложить пути ее экспериментальной проверки и практического применения.

Данная работа является прямым продолжением работы [1].

Содержание работы

В первой части дано описание атомных ядер, как нуклонных конструкций.

Во второй части рассмотрены конструкции тетранейтрона и тетрапротона, а также оптимальный способ создания ядер ⁴n и ⁴р.

В третьей части предлагается новый механизм холодного ядерного синтеза.

I. Суть конструктивной модели

В основе конструктивной модели ядра лежит проективная модель Мироздания, составной частью которой является проективная модель материи [2].

Согласно проективной модели строения материи, в центре каждой частицы обычной материи находится объект в виде замкнутой односторонней поверхности.

Примечание. Данные поверхности являются элементами аффинно-проективного пространства, описывающего математическую форму Субстанции Мироздания.

Класс адронов, к которому относятся нуклоны, образован на основе односторонних трилистников, которые носят название «поверхность Боя». Из данной модели следует кварковое строение адронов: кварки – это лепестки поверхности Боя.

Данное понимание природы кварков объясняет оба необычных свойства кварков:

1. кварки обладают дробным зарядом величиной (1/3)е и (2/3)е,

2. кварки не существуют вне адронов (конфайнмент кварков).

1. Чтобы понять происхождение дробного заряда кварков, необходимо разобраться в природе самого электрического заряда. Согласно проективной модели, наличие у частиц материи электрического заряда обусловлено тем, что в состав частиц, наряду с центральным керном, входят связки аффинно-проективных прямых.

Примечание. Связки порождают не только заряды, но также массу и спин частиц материи, и являются элементами того же самого аффинно-проективного пространства, которое является математическим описанием Субстанции.

Все составляющие связку прямые пересекают центральный керн. Если керном является замкнутая, односторонняя, односвязная поверхность, то пересекающие данную поверхность прямые изменяют свою ориентацию: прямые, которые ориентированы на центр связки, после пересечения керна также будут ориентированы на этот центр, и точно также для прямых ориентированных от центра связки. В результате, все прямые связки, в центре которой находится указанная поверхность, обладают одной из 2-х ориентаций: либо на центр, либо – от центра связки.

Точно такой же ориентацией обладают электрические силовые линии (-) и (+) заряда: связка прямых, в центре которой находится замкнутая, односторонняя, односвязная поверхность, является носителем электрического заряда.

Примечание. Связка ориентированных аффинно-проективных прямых соответствует множеству виртуальных фотонов, испускаемых данной частицей.

Дробный заряд кварков обусловлен тем, при соединении с поверхностью Боя, связка прямых распределяется по трем лепесткам, вследствие чего на каждый лепесток приходится 1/3 доля связки и образуется заряд (1/3)е, – так появляются нижние кварки.

Верхние кварки с удвоенной величиной заряда (2/3)е, образуются, когда на данный лепесток переходит доля связки, предназначенная другому лепестку.

Примечание. Частицы, содержащие 2 кварка (мезоны), образуются, когда один из лепестков поверхности Боя остается свободным.

2. Конфайнмент является следствием неотделимости лепестков поверхности Боя: кварки невозможно выделить из адронов, поскольку лепестки невозможно отделить от поверхности Боя.

При отделении лепестка происходит его разрушение, что приводит к образованию других видов поверхностей, на основе которых рождаются частицы других сортов.

Примечание. Поверхность Боя обладает способностью к восстановлению, – в этом состоит причина существования закона сохранения барионного заряда: при любых преобразованиях одна поверхность Боя и одна полная связка сохраняются, и их объединение имеет своим следствием рождение бариона.

В настоящее время считается, что нуклоны имеют форму сферы радиусом r ~ 0,84 Фм. Однако, экспериментальное подтверждение сферичности нуклона отсутствует: из экспериментальных данных следует лишь, что, если использовать форм-фактор, соответствующий сферическому распределению заряда, то радиус этой сферы будет иметь величину r ~ 0,84 Фм.

В действительности, нуклон, в зависимости от внешних воздействий и своего окружения, может принимать разнообразную форму: «материал», из которого сделан нуклон (поверхность Боя), весьма пластичен. Лепестки поверхности Боя способны деформироваться и принимать разнообразные формы: свободные нуклоны более походят на сферу, а нуклоны в атомных ядрах – на тетраэдры.

Кварковые заряды и спины располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя, поэтому кварками можно считать только вершины лепестков. То, что кварковые заряды (кварки) расположены в вершинах лепестков, позволяет нуклонам объединяться в ядра за счет простого соприкосновения вершинами своих лепестков. При контакте нуклонов вершинами лепестков, кварки соседних нуклонов оказываются в непосредственной близости друг от друга и собираются в кварковые узлы, в которых расстояние между кварками уменьшается до сотых долей Фм.

На таком расстоянии, кулоновская энергия взаимодействия кварков, в расчете на один кварк, достигает нескольких Мэв, а в расчете на один нуклон – порядка 8 Мэв, на основании чего можно сделать вывод, что энергия связи нуклонов в ядрах представляет собой кулоновскую энергию кварков в кварковых узлах.

Кварковые узлы играют определяющую роль в формировании атомных ядер, выполняя функцию креплений, соединяющих нуклоны друг с другом. Благодаря таким креплениям, нуклоны располагаются друг относительно друга упорядоченно, образуя нуклонные конструкции: эти конструкции являются атомными ядрами.

Для наглядного представления ядерных конструкций, нуклоны будем представлять в виде тетраэдров, в 3-х вершинах основания которых располагаются кварки. Размер тетраэдров определяется из условия равенства его объема объему сферы радиуса r ~ 0,84 Фм: длина ребра тетраэдра получается равной а ~ 2,75 Фм.

Конструктивная модель утверждает, что атомные ядра образуются, когда тетраэдры-нуклоны соединяются вершинами своих оснований. При таком соединении, находящиеся в этих вершинах кварки объединяются в кварковые узлы, которые удерживают нуклоны в составе ядер. В результате, каждый нуклон занимает относительно окружающих нуклонов фиксированное положение и образуется нуклонная конструкция.

Каждое ядро представляет собой построенную из нуклонов конструкцию, и для каждого ядра эта конструкция имеет свой собственный вид.

Данная модель объясняет наличие магических ядер не менее успешно, чем оболочечная модель. Ядерные конструкции имеют вид (квази) сферических слоев, построенных путем наложения тетраэдров-нуклонов: тетраэдры-нуклоны укладываются в конструкции в виде соединенных друг с другом сферических слоев.

Магические ядра возникают, когда происходит заполнение очередного слоя: магические числа – это количества протонов и нейтронов, при которых достигается полное заполнение слоев ядерного каркаса.

II. Предсказания конструктивной модели

Конструктивная модель способна объяснить не только наличие магических ядер или какую-то одну группу ядерных свойств, как это делают существующие ядерные модели, но все, без исключения, свойства атомных ядер: конструктивная модель призвана стать универсальной моделью ядра.

Изучение всех возможных ядерных конструкций позволит не только объяснить уже известные ядерные свойства, но и предсказать свойства, которые пока не обнаружены.

Например, рассмотрим вопрос о существовании тетранейтронов и тетрапротонов: конструктивная модель утверждает, что данные ядра должны быть устойчивыми.

Тетранейтрон ⁴n и тетрапротон ⁴р обладают той же конструкцией, что ядро ⁴Не: центральной частью конструкции является тетраэдр с длиной стороны а ~ 2,75 Фм, и на каждую из 4-х граней наложены основания тетраэдров-нуклонов, такого же размера. Поскольку кварковые заряды располагаются в вершинах оснований, то все кварки оказываются вблизи вершин центрального тетраэдра, и распределение кварков по этим вершинам имеет вид: {⁴Не} = {(2,1), (2,1), (1,2), (1,2)} [3].

Отличие ядер ⁴n и ⁴р от ядра ⁴Не состоит лишь в том, что все 4 нуклона являются одноименными. Это отличие приводит к тому, что во всех 4-х вершинах центрального тетраэдра кварковые узлы получаются одинаковыми: в тетранейтроне – это (1,2)-узлы, а в тетрапротоне – (2,1)-узла. Соответственно, кварковые формулы данных ядер имеют вид:

{⁴n} = {(1,2), (1,2), (1,2), (1,2)},

{⁴р} = {(2,1), (2,1), (2,1), (2,1)}.

Каждый из кварковых узлов является устойчивым, поэтому устойчивыми должны быть обе эти конструкции. Чтобы проверить, что тетранейтроны и тетрапротоны имеют именно такую конструкцию, целесообразно провести несложный эксперимент.

В вершинах правильного тетраэдра следует разместить источники 4-х максимально плотных пучков нейтронов или протонов и направить эти пучки в центр данного тетраэдра. В области пересечения пучков будут происходить четверные столкновения содержащихся в них частиц: результатом этих столкновений будет являться образование тетранейтронов или тетрапротонов.

Для повышения эффективности данного преобразования, пучки нейтронов или протонов следует сделать поляризованными и изменять эту поляризацию, чтобы найти оптимальную ориентацию друг относительно друга сталкивающихся частиц, при которой в каждом из 4-х узлов конструкции этих ядер будут собираться разноименные кварки.

Примечание. В случае тетранейтрона в каждом узле будет по два d-кварка и одному u-кварку, а в случае тетрапротона – по два u-кварка и одному d-кварку.

Имеются и другие предсказания, которые были указаны в [1].

1) В 50^х годах прошлого века в ядрах были обнаружены многокварковые объекты, которые интерпретируются как «флуктоны». Конструктивная модель утверждает, что данные объекты являются не флуктонами, а кварковыми узлами, в которые каждый из окружающих нуклонов вносит по одному кварку.

Чтобы проверить данное утверждение, достаточно обнаружить многокварковые объекты не только с целочисленным, но и с дробным значением заряда.

2) Построив все возможные нуклонные конструкции, можно будет определить пространственную конфигурацию и кварковую формулу всех ядер, которые могут существовать в природе. В свою очередь, зная эти конфигурации и кварковые формулы, можно будет вычислить электрический и магнитный моменты любого ядра. Сравнение полученных величин с экспериментальными значениями позволит получить надежное подтверждение конструктивной модели.

III. Конструктивная модель и холодный ядерный синтез

В последние годы холодный ядерный синтез испытывает «ренессанс»: по неподтвержденным данным, Пархомов научился синтезировать практически любую пару ядер. В данном разделе рассматривается гораздо более скромная задача: объяснить эксперимент Флейшмана-Понса 1989 года и эксперимент Росси 2014 года.

Суть предлагаемого механизма выделения энергии в данных экспериментах состоит в высвобождении нуклонов из ядер ²Н (³Н) или ⁷Li, и дальнейшее слияние этих нейтронов с ядрами более тяжелых элементов [4].

Для обоснования физической возможности данного механизма не обязательно использовать конструктивную модель: достаточно закона сохранения энергии. Действительно, энергия связи нейтронов в ядрах ²Н (³Н), ⁷Li меньше энергии связи ядер в средней части таблицы Менделеева, поэтому переход нейтронов от этих ядер к более тяжелым ядрам будет сопровождаться выделением энергии.

Таким образом, для реализации данного механизма необходимо лишь обеспечить отделение нейтронов от ядер ²Н (³Н), ⁷Li и их дальнейшее соединение с тяжелыми ядрами.

Отделение нуклонов может быть достигнуто несколькими способами, которые описаны в [4]. В системах, которые исследовались в экспериментах Флейшмана-Понса и Росси, возникновение даже очень небольшого числа нейтронов создает условия для протекания разветвленной цепной реакции. Причина заключается в том, что реакции ²Н + n = p + 2n, ³Н + n = p + 3n, ⁷Li + n = ⁶Li + 2n являются беспороговыми и протекают без поглощения (и выделения) энергии. Количество нейтронов, генерируемых в цепных реакциях, будет экспоненциально увеличиваться, и часть их будет вступать в реакции с ядрами более тяжелых элементов. В этих реакциях энергия будет выделяться, что является причиной тепловых эффектов в указанных экспериментах

Физический механизм выделения энергии в рассматриваемых системах подобен выделению энергии в цепных реакциях деления ядер урана. Растущее число нейтронов обеспечивается цепными реакциями деления ядер ²Н (³Н), ⁷Li, и часть этих нейтронов вступает в реакции с ядрами более тяжелых элементов, результатом чего является выделение энергии, что и было обнаружено в указанных экспериментах.

Примечание. Чтобы описанный механизм работал максимально эффективно, необходимо добиться оптимального соотношения между плотностями легких и тяжелых ядер, а также их взаимного расположения друг относительно друга. Вероятно, именно сложность выполнения этих условий является причиной плохой воспроизводимости рассматриваемых экспериментов.

Заключение

В данной работе изложены основы конструктивной модели ядра, в соответствие с которой атомные ядра имеют вид нуклонных конструкций, построенных путем соединения нуклонов участками поверхности, в которых располагаются кварки.

Предложен эксперимент, в котором можно будет эффективно получать тетранейтроны и тетрапротоны, структура которых непосредственно следует из конструктивной модели.

Предлагается новый механизм холодного ядерного синтеза, в котором определяющую роль играют нейтроны, высвобождаемые из ядер ²Н, ³Н, ⁷Li, и вступающие в реакции слияния с более тяжелыми ядрами.

Выводы

1. Нуклоны образованы на основе поверхности Боя.

2. Кварки формируются из 3-х лепестков поверхности Боя.

3. Кварковые заряды и спины располагаются в вершинах лепестков.

4. Атомные ядра образуются путем объединения вершин лепестков нуклонов в кварковые узлы, выполняющие функцию крепления нуклонов.

5. Тетранейтрон и тетрапротон – стабильные ядра, которые можно получить при пересечении 4-х пучков нуклонов, направленных из 4-х вершин тетраэдра.

6. Холодный ядерный синтез с участием ядер ²Н, ³Н, ⁷Li осуществляется благодаря переходам нейтронов от этих ядер к более тяжелым ядрам.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Конструктивная ядерная модель // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27395, 02.11.2021

2. В.А. Шашлов, Единая природа Мега и микромира // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27295, 20.08.2021

3. В.А. Шашлов, Конструкция ядра ⁹Ве // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27474, 15.12.2021

4. В.А. Шашлов, Физика холодного ядерного синтеза // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27426, 19.11.2021

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]