Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Рассмотрены общие принципы конструктивной модели ядра. Описано строение конструкций ядер ¹⁷О, ¹⁷F. Указано расположение составляющих данные конструкции 17 нуклонов и вид 9 кварковых узлов, которые скрепляют эти нуклоны.

Цель и содержание работы

Цель работы – описать нуклонные конструкции ядер ¹⁷О, ¹⁷F.

В первой части изложены основные положения конструктивной модели атомных ядер; во второй и третьей частях рассмотрено строение конструкций ¹⁷О и ¹⁷F.

Работа является прямым продолжением [1].

I. Суть конструктивной модели

Основные положения конструктивной модели ядра заключаются в следующем:

1. нуклоны представляются в виде тетраэдров с длиной ребра а ~ 3 Фм,

2. кварки располагаются в 3-х вершинах основания тетраэдров-нуклонов,

3. атомные ядра образуются путем объединения вершин оснований тетраэдров-нуклонов, что влечет объединение кварков соседних нуклонов в кварковые узлы,

4. кварковые узлы выполняют функцию креплений, соединяющих нуклоны в ядерные конструкции – атомные ядра.

Примечание к п.1. В действительности, эти тетраэдры сплюснутые: 4^ая вершина, в которой нет кварка, примерно на 1/4 высоты приближена к основанию тетраэдра, т.е. форма нуклона – это нечто среднее между правильным и прямоугольным тетраэдром.

Примечание к п.3. Кварковые узлы экспериментально наблюдаются, однако имеют ошибочное теоретическое истолкование в виде флуктонов.

Первые 2 положения являются следствием проективной модели нуклона, согласно которой нуклоны образованы на основе поверхности Боя: односторонней поверхности, имеющей форму трилистника.

В свою очередь, форму одностороннего трилистника можно представить в виде тетраэдра, 3 вершины основания которого соответствуют вершинам 3-х лепестков трилистника, а четвертая вершина тетраэдра – центральной части трилистника.

То, что нуклоны (равно как и все адроны) образованы на основе поверхности Боя, изменяет понимание природы кварков: кварки не являются самостоятельными (независимыми) частицами, а формируются из лепестков поверхности Боя.

Примечание. Это решает проблему конфайнмента: кварки невозможно выделить, поскольку лепестки поверхности Боя не обладают самостоятельным существованием и не могут быть отделены без разрушения, как поверхности, так и самого лепестка.

Поскольку кварковые заряды располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя, то при контакте нуклонов этими вершинами, расстояние между кварками соседних нуклонов, оказывается много меньше размеров самих нуклонов. Вследствие этого, энергия кулоновского взаимодействия данных групп кварков достигает (10-20) Мэв, т.е. сравнивается с энергией, которая приписывается сильному взаимодействию.

Примечание. Тем самым, отпадает необходимость в сильном взаимодействии: его функцию выполняет кулоновское взаимодействие кварковых зарядов, сближенных на расстояние в сотые доли Фм. Важно, что кварковые заряды жестко закреплены внутри центральных кернов адронов: «силы», удерживающие кварки в кернах имеют неэлектромагнитную природу (это – геометрическое свойство поверхности Боя).

Итак, механизм образования атомных ядер заключается в следующем: нуклоны, приближающиеся на достаточно малое расстояние, разворачиваются друг к другу участками поверхности, в которых расположены противоположно заряженные кварки, в результате чего формируются кварковые узлы, в которые собираются кварки, принадлежащие нескольким нуклонам.

Примечание. Механизм образования атомных ядер точно такой, как механизм слипания диполей: единственное отличие в том, что диполи имеют 2 заряженных конца, тогда как у нуклонов 3 заряженных полюса (нуклон – это аналог 3-х зарядного иона).

В центре кварковых узлов располагаются d-кварки, а вокруг них – u-кварки. При таком расположении (-) и (+) зарядов, величины которых относятся, как (1:2), кулоновская энергия притяжения разноименных зарядов превышает энергию отталкивания одноименных зарядов, поэтому кварковый узел стягивает нуклоны, – именно таков механизм крепления нуклонов в атомных ядрах.

В кварковых узлах собраны все входящие в состав нуклонов кварки: именно в кварковых узлах сосредоточен все электрические заряды и спиновые моменты, которые имеются внутри атомного ядра.

Зная расположение заряженных кварковых узлов, можно найти «электрический барицентр» данных зарядов и относительно этого центра составить тензор квадрупольного момента, после чего найти главные оси и вычислить степень сферической не симметрии данных зарядов: электрический квадрупольный момент ядра.

Расположение масс нуклонов в ячейках ядерного каркаса определяет центр масс ядерной конструкции, после чего можно записать тензор инерции и найти главные оси. Зная величину и расположение спиновых моментов, создаваемых непарными кварками в кварковых узлах, можно найти угловую скорость вращения относительно оси с наибольшим или наименьшим значением момента инерции. Умножив угловую скорость на величину заряда каждого узла и заметаемую данным узлом площадь, можно вычислить магнитный момент, создаваемый вращением всех заряженных узлов.

Существенный вклад в магнитный момент ядер вносят индивидуальные вращения нуклонов, которые расположены на поверхности ядерной конструкции. Нуклоны способны совершать такое вращение, если заключены между двумя нуклонами противоположного сорта: в этом случае данная конструкция из 3-х нуклонов имеет форму ядра ³Н или ³Не [1,2].

Примечание. Эти магнитные моменты создаются вращением 2-х одноименных кварков (у нейтронов – это d-кварки, а у протонов – u-кварки) вокруг оси, проходящей через центр соединяющего эти кварки отрезка и третий (непарный) кварк нуклона.

Данные вычисления могут быть проведены для каждого ядра. Сравнение вычисленных и экспериментальных значений электрического и магнитного моментов всех ядер однозначно покажет, соответствует ли конструктивная модель действительности.

В работе [1] завершено выполнение этой программы для ядер, в которых тетраэдры-нуклоны полностью заполняют первые 2 сферических слоя ядерного каркаса. Данная работа начинает выполнение программы вычисления электрических и магнитных моментов ядер, в которых заполняется 3^й слой ядерного каркаса.

II. Конструкция ¹⁷О

В конструкции ¹⁶О нет свободных мест, куда мог бы пристроиться еще один тетраэдр-нуклон.

Примечание. Нуклон может присоединиться одним кварком к (4u,4d)-узлу и другим кварком к (2u,2d)-узлу на поверхности ¹⁶О, но устойчивая конструкция образуется только тогда, когда нуклон присоединяется всеми тремя кварками.

Поэтому для образования ядра, содержащего 17 нуклонов, конструкция ¹⁶О должна претерпеть существенное изменение, и только после этого станет возможным присоединение 17^ого нуклона. Это изменение конструкции ¹⁶О заключаются в следующем.

Два тетраэдра-протона, расположенные напротив друг друга в 2-х субъединицах ⁴Не^*, отделяют свои d-кварки из кварковых узлов, в которые они встроены, и разворачиваются так, что эти два d-кварка выступают над поверхностью ¹⁶О, образуя новый узел ядерной конструкции, принадлежащий третьему слою узлов ядерного каркаса. Дополнительный (девятый) нейтрон встраивает свой u-кварк между этими двумя d-кварками, в результате чего формируется (1u,2d)-узел, которому приписывается №9.

Примечание. Данный узел имеет такой же кварковый состав, как у нейтрона, однако размер узла на (1,5-2) порядка меньше: (1u,2d)-узел – это мини-нейтрон.

При этом, входящие в состав дополнительного нейтрона два d-кварка пристраиваются к узлам на поверхности ¹⁶О, вследствие чего (как в конструкции ¹⁶О), в 8^ми узлах первых 2-х слов ядерного каркаса, по-прежнему будет содержаться 24 u-кварков и 24 d-кварка. Однако, распределение этих (24+24) = 48 кварков по 8 узлам ядерного каркаса уже не будет симметричным: вместо 2-х (4u,4d)-узлов и 2-х (2u,2d)-узлов появляются 2 нечетных узла (4u,5d)₂, (4u,3d)₃ и 2 нечетных узла (1u,2d)₆, (3u,2d)₇.

С учетом (1u,2d)-узла в вершине №9, кварковая формула ¹⁷О приобретает вид:

{¹⁷О} = {(4,4)₁, (4,5)₂, (4,3)₃, (4,4)₄, (2,2)₅, (1,2)₆, (3,2)₇, (2,2)₈, (1,2)₉}.

Примечание. Здесь и в дальнейшем обозначения кварков будут опускаться: это не может привести к недоразумениям, поскольку в обозначении кваркового узла на первом месте всегда стоит количество u-кварков, а втором месте – количество d-кварков.

Данная формула показывает распределение всех 51 кварков, которые имеются в 17 нуклонах ¹⁷О, по 9 вершинам ядерного каркаса.

1. Наличие в кварковой формуле 5 различных нечетных узлов приводит к тому, что спин данной конструкции имеет величину S(¹⁷О) = 5/2.

1.1 Спин u-кварка, принадлежащего дополнительному нейтрону и встроенного в узел №9, приводит во вращение только данный нейтрон (как это имеет место в ядре ³Не).

1.2. Спины остальных нечетных 4-х узлов, которые в сумме составляют S = 4/2 = 2, приводят во вращение всю конструкцию в целом.

Примечание 1. Перестановками и поворотами нуклонов можно добиться, чтобы количество нечетных узлов в 2-х слоях ядерного каркаса равнялось не 4, а 2: в этом случае спин ядра будет равен 1/2 + 1/2 + 1/2 = 3/2.

Примечание 2. Оболочечная модель не предсказывает наличие у ядра ¹⁷О уровня со спином 3/2, а он наблюдается экспериментально, что является еще одним свидетельством несостоятельности оболочечной модели.

2. Магнитный момент создается обоими указанными вращениями.

2.1. По аналогии с ядром ³Не, магнитный момент, создаваемый индивидуальным вращением нейтрона, должен был бы иметь величину µ(³Не) ~ - 2,13 µ₀. Однако, узлы, через которые проходят вращающиеся два d-кварка данного нейтрона, отодвинуты друг от друга на 0,25 Фм дальше, чем в ³Не. Вследствие этого, вращение нейтрона совершается с большей угловой скоростью, чем в ядре ³Не, и магнитный момент примерно на 30% больше: µ(n)_III ~ 1,3*µ(³Не) ~ 1,3*(-2,13) µ₀ ~ - 2,77 µ₀.

Примечание. Значение µ(n)_III ~ - 2,77 µ₀ будет использоваться, как константа, при вычислении магнитных моментов других ядер, у которых происходит заполнение 3^его слоя ядерного каркаса (отсюда индекс «III»).

2.2. Магнитный момент, создаваемый вращением конструкции ¹⁷О, как целого, вычисляется в соответствие с тем же алгоритмом, который использовался при вычислении магнитного момента ¹³С [2]: µ(¹⁷О)_констр ~ + 0,9 µ₀.

В сумме, эти 2 момента приводят к итоговому результату: µ(¹⁷О) ~ [µ(¹⁷О)_констр + µ(n)_III] ~ + 0,9 µ₀ - 2,77 µ₀ ~ - 1,87 µ₀. Данная величина лишь незначительно отличается от экспериментального значения µ(¹⁷О)_эксп ~ - 1,89 µ₀.

3. Поскольку заряд (1,2)₉-узла равен нулю, то электрический квадрупольный момент ¹⁷О создается кварковыми узлами первых 2-х слоев ядерного каркаса.

В первом приближении, квадрупольный момент создается зарядами 4-х узлов, которые претерпели изменение: №2, №3, №6, №7. Среди них заряд узла №6 равен нулю, заряд узла №7 q(3,2) = 4/3 равен заряду неизмененных (4,4)-узлов, поэтому основной вклад в квадрупольный момент вносят заряды в узлах №2, №3: q(5,4) = + 2, q(4,3) = + 5/3.

Соединяющий данные 2 узла отрезок задает выделенное направление: в этом направлении распределение зарядов является «вытянутым», поэтому квадрупольный момент должен иметь (-) знак, что подтверждается экспериментом.

Оценки показывают, что абсолютная величина квадрупольный момента, вследствие «сглаживающего» влияния зарядов остальных кварковых узлов, распределение которых имеет слегка «сплюснутую» форму, составляет (2-3) Фм². Это полностью согласуется с экспериментальным значением Q(¹⁷О)_эксп ~ - 2,6 Фм².

Примечание. В Банке ядерных данных МГУ указано в 10 раз большее значение Q(¹⁷О), что является грубой ошибкой: ядро, соседнее с дважды магическим ядром, не может обладать столь большим значением Q.

III. Конструкция ¹⁷F

Ядро ¹⁷F является зеркально симметричным к ¹⁷О, поэтому конструкция ¹⁷F получается перестановкой нейтронов и протонов, что проявляется в замене кварков u ↔ d во всех кварковых узлах. Это означает, что кварковая формула ¹⁷F имеет вид:

{¹⁷F} = {(4,4)₁, (5,4)₂, (3,4)₃, (4,4)₄, (2,2)₅, (2,1)₆, (2,3)₇, (2,2)₈, (2,1)₉}.

Данная конструкция также состоит из основной части в виде конструкции ¹⁶О, из которой выделены уже не 2 протона, а 2 нейтрона, и эти 2 нейтрона, вместе с девятым протоном образуют на поверхности «выступ» из 3-х нуклонов, имеющий форму ядра ³Н.

Примечание. В вершине этого «выступа» располагается (2,1)₉-узел, представляющий собой мини-протон.

1. Данная кварковая формула включает 5 несовпадающих нечетных узлов, вследствие чего спин равен S = 5/2.

2. Как и в случае ядра ¹⁷О, магнитный момент складывается из магнитного момента, создаваемого индивидуальным вращением протона в составе ³Н-субъединицы, нуклоны которой составляют третий слой ядерной конструкции, и магнитного момента, создаваемого вращением всей конструкции ¹⁷F.

2.1. По тем же причинам, как для ¹⁷О, величина магнитного момента, создаваемого вращением данного протона, равна µ(р)_III ~ 1,3*µ(³Н) ~ 1,3*(+2,98) µ₀ ~ + 3,87 µ₀.

2.2. Магнитный момент, создаваемый вращением зарядов всех кварковых узлов, имеет примерно такую же величину, как для ядра ¹⁷О: µ(¹⁷F)_констр ~ + 0,9 µ₀.

Примечание. Причина в том, что ось вращения проходит в непосредственной близости от узла (2,1)₉, вследствие чего этот узел вращается по окружности очень маленького радиуса и не вносит вклад в магнитный момент.

В сумме, получаем µ(¹⁷F) ~ [µ(¹⁷F)_констр + µ(p)_III] ~ + 0,9 µ₀ + 3,87 µ₀ ~ + 4,77 µ₀, что близко к экспериментальному значению µ(¹⁷F)_эксп ~ + 4,72 µ₀.

3. Квадрупольный момент ¹⁷F имеет (+) знак, поскольку совокупность зарядов всех 9^ти кварковых узлов в конструкции ¹⁷F имеет сплюснутую форму.

Оценка величины квадрупольного момента дает значение, близкое к экспериментальной величине Q(¹⁷F)_эксп ~ + 10 Фм².

Заключение

Основное утверждение данной работы заключается в следующем: каждое ядро обладает своей собственной ядерной конструкцией, образованной путем соединения нуклонов кварковыми узлами, составленными из кварков нуклонов, находящихся в непосредственном контакте друг с другом.

Примечание. Орбитальное движение нуклонов в ядрах не существует: оболочечная модель ядра построена на ошибочных физических принципах.

Нуклоны в ядрах совершают исключительно колебательное движение, будучи соединенными с окружающими нуклонами в 3-х точках: в 3-х кварковых узлах, в которые данный нуклон вносит свои кварки.

В соответствие с конструктивной моделью, главными элементами ядерной структуры являются не нуклоны, а кварковые узлы.

Атомные ядра можно рассматривать, как нуклонный аналог квазикристаллов с ячейками в форме тетраэдров.

Построив конструкцию данного ядра, можно вычислить его электрический и магнитный моменты. Совпадение этих величин с экспериментальными величинами покажет, что построенная конструкция соответствует реальной структуре данного ядра.

В данной работе показано, что спиновые, магнитные и электрические моменты ядер ¹⁷О и ¹⁷F согласованы друг с другом, т.к. получаются из одной и той же ядерной конструкции, обладающей двумя зарядово-инвертированными формами.

Работа открывает новую серию работ, в которой будут описаны структуры атомных ядер, в которых происходит заполнение третьего слоя ядерного каркаса.

Выводы

1. Атомные ядра представляют собой конструкции, образованные путем объединения кварков соседних нуклонов.

2. Объединение кварков приводит к образованию кварковых узлов, выполняющих функцию крепления нуклонов в ядерных конструкциях.

3. Кварковые узлы обнаружены экспериментально, но ошибочно интерпретируются, как результат тепловых флуктуаций.

4. Ядерные конструкции представляют собой нуклонные квазикристаллы, ячейки которых имеют форму тетраэдров.

5. Ядра ¹⁷О и ¹⁷F обладают одной и той же конструкцией, отличаясь лишь инверсией кварков в 9 узлах ядерной конструкции.

6. Оценки магнитного и электрического моментов ¹⁷О и ¹⁷F, выполненные с помощью конструктивной модели, совпадают с экспериментальными величинами.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Конструкции ядер ¹⁴N, ¹⁵N, ¹⁶О // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27651, 22.02.2022

2. В.А. Шашлов, Конструкции ядер ¹¹С, ¹²С, ¹³С // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27637, 16.02.2022

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]