ПРОСТАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ЯДЕРНЫХ СИЛ

 

А.А.Гришаев, независимый исследователь

 

 

Введение.

При большом количестве экспериментального материала по физике атомного ядра, «универсальной ядерной модели… до сих пор не построено… Приходится довольствоваться тем, что данная конкретная модель удовлетворительно объясняет лишь некоторые свойства ядер. Поэтому неудивительно, что в ядерной физике используется множество самых разнообразных моделей… причём исходные посылки разных моделей зачастую противоречат друг другу» [1].

Сами принципы, по которым, как полагают, связаны нуклоны в ядре, выглядят весьма искусственно. До создания квантовой хромодинамики считалось, что нуклоны удерживаются в ядре благодаря их обмену p-мезонами. Как можно видеть, если, при обмене частицами с ненулевой массой, выполняется закон сохранения импульса, то такой обмен может дать лишь силы отталкивания, но никак не силы притяжения. Нелепость представлений об обменном характере ядерных сил, как полагают теоретики, не слишком бросается в глаза, если принять, что p-мезоны, о которых идёт речь, являются виртуальными. Но тогда, непостижимым образом, виртуальные p-мезоны должны переносить от одних нуклонов к другим вполне реальные «заряд, ток, импульс и момент импульса» [2]. Перенос реального заряда подразумевает, что протон превращается в нейтрон, или наоборот. Хорошо известно о реакции превращения нейтрона в протон, но освобождаемой здесь частицей с отрицательным зарядом является электрон, а не p-мезон, масса которого на два порядка больше разности масс нейтрона и протона. Поэтому, для поддержания тезиса о p-мезонах как переносчиках сильного взаимодействия, приходилось прибегать к спасительному принципу неопределённости, «согласно которому закон сохранения энергии может как бы нарушаться на величину DE, коль скоро процесс завершается в течение времени, не превышающего Dt~h/DE» [1]. Исходя из «нарушения», соответствующего массе p-мезона, получали ограничение на время жизни p-мезона в ядре – порядка 10^-23 с. Этого времени p-мезону едва хватало бы для преодоления «радиуса действия ядерных сил», двигаясь со скоростью света.

Построенная сплошь на теоретических натяжках, p-мезонная модель не давала удовлетворительных ответов даже на простейшие вопросы. Почему, по мере роста атомного номера, для устойчивости ядра требуется всё большее число избыточных нейтронов по сравнению с числом протонов? Отчего у чётно-чётных ядер энергия связи на нуклон систематически больше, чем у нечётно-нечётных? Как объяснить картину ядерных уровней энергии, которая разительно отличается от картины атомных уровней? И где в p-мезонной модели место для дефекта масс?

Ничего здесь не прояснила и квантовая хромодинамика, согласно которой происходит всё тот же обмен нуклонов виртуальными p-мезонами, но этот обмен является, якобы, рядовым частным следствием ещё более фундаментальных процессов. Выдвинули гипотезу о составных частях нуклонов, т.н. кварках, имеющих дробный электрический заряд – при том, что сущность электрического заряда официальная физика до сих пор не разъяснила. Как полагают, кварки в нуклоне связаны благодаря их обмену т.н. глюонами – тоже гипотетическими частицами, имеющими, как и кварки, целый набор произвольно введённых квантовых параметров, которые не имеют никаких физических моделей. Сразу же возникла проблема конфайнмента, т.е. чудовищной энергии связи кварков в нуклоне: не удаётся «раздробить» нуклон на кварк-глюонные составляющие, воздействуя на него энергиями, даже на многие порядки превышающими его энергию покоя [3].

Как можно видеть, теоретические трудности, при традиционном подходе к ядерным силам, со временем не преодолеваются, а лишь нагромождаются – что свидетельствует об изначальной некорректности этого подхода. Истинно элементарные частицы вещества, по определению, не должны иметь в себе никаких более фундаментальных частей. На наш взгляд, здесь в организации вещества должен происходить качественный скачок: фундаментальнее такой частицы только программа, которая эту частицу формирует в физическом мире – и которая задаёт все её физические свойства и варианты взаимодействий, в которых она может участвовать. В частности, связи между нуклонами возникают благодаря работе специальных алгоритмов, о которых мы и постараемся рассказать.

Результирующая универсальная модель ядерных сил отличается своей простотой. Основные свойства ядер находят, наконец, естественное объяснение, становясь вполне доступными для понимания тех, кто имеет представление о модуляции.

 

Принцип связи нуклонов в ядре.

Как мы излагали ранее [4], протон и нейтрон являются квантовыми пульсаторами, имеющими одинаковую высокочастотную несущую, с частотой ~2.27×10²³ Гц – её мы будем называть нуклонной несущей. В протоне нуклонная несущая «включается» и «выключается» с электронной частотой, ~1.24×10²⁰ Гц, и с фазой положительного электрического заряда. В нейтроне же взаимные превращения пар «протон плюс электрон» и «позитрон плюс антипротон» организованы таким образом, что нуклонная несущая «включается» и «выключается» с частотой, вдвое меньшей электронной.

Напомним, что атомные структуры, на наш взгляд [5], формируются благодаря противофазным прерываниям электронных пульсаций у атомарного электрона и у соответствующего ему положительного заряда ядерного протона. Такие прерывания двух пульсаторов порождают специфическую форму движения: циклические перебросы состояния, при котором электронные пульсации «включены» – из точки нахождения одного пульсатора в точку нахождения другого, и обратно. Эта форма движения обладает некоторой энергией, зависящей от расстояния, на которое производятся циклические перебросы состояния. Если эта энергия появляется именно за счёт убыли собственной энергии пульсаторов, обусловленной их прерываниями, то эти два пульсатора вынуждены находиться на вполне определённом расстоянии друг от друга – в этом, как мы полагаем, и заключается природа связей «на дефекте масс» [5,4]. Аналогичен, на наш взгляд, и принцип связи нуклонов в ядре, но в данном случае противофазно прерываются нуклонные несущие – с частотой, которую мы будем называть частотой ядерных прерываний.

Как и силы, обеспечивающие атомные структуры, ядерные силы являются не силами притяжения и не силами отталкивания – они являются силами «удержания на определённом расстоянии», причём это расстояние зависит от частоты ядерных прерываний. И, аналогично тому, как у связанных разноимённых зарядов пульсации противофазны, нуклонные несущие у протонов и нейтронов также противофазны. Это, как мы полагаем, обеспечивает различимость протона и нейтрона для алгоритма, который «включает» ядерные силы, и который способен связывать лишь отдельные пары протон-нейтрон, и никакие другие. Таким образом, мы сознательно отказываемся от принципа зарядовой независимости ядерных сил. Но, во-первых, как мы увидим далее, этот принцип имеет весьма шаткие экспериментальные обоснования, и, во-вторых, именно отказ от этого принципа позволяет получить ответы на целый ряд «интересных» вопросов.

Диаграмма схематически иллюстрирует оптимальные фазировки прерываний пульсаций у протона и двух нейтронов, с которыми он оказывается связан. Прежде всего заметим, что у протона имеется атомная модуляция – с самым большим периодом – которая обеспечивает связь протона с атомарным электроном. В течение одного

 

Т_е – период электронной частоты, Т_е/2 – период полуэлектронной частоты,

Т_ЯД – период ядерных прерываний. У нейтронов показаны лишь циклы

наличия-отсутствия нуклонной несущей. Знаком * обозначены интервалы,

на которых действует ядерная связь между протоном и нейтроном.

 

полупериода атомной модуляции у протона имеются прерывания нуклонной несущей только на электронной частоте, а в течение другого полупериода – прерывания на электронной частоте отсутствуют, и нуклонная несущая прерывается только на частоте ядерных прерываний. Таким образом, ядерная связь у протона возможна лишь периодически: на тех полупериодах его атомной модуляции, когда его модуляция на электронной частоте отсутствует.

Что касается нейтрона, то у него ядерная связь возможна тоже лишь периодически, а именно: в течение тех полупериодов модуляции на полуэлектронной частоте, когда в нейтроне «включена» нуклонная несущая. Поскольку фаза модуляции на полуэлектронной частоте не обязана быть фиксированной, то логично допустить, что, для достижения максимальной эффективности ядерных связей, фазы модуляций на полуэлектронной частоте у пары нейтронов подстраиваются, становясь противоположными – чтобы, при прекращении связи с одним нейтроном, протон немедленно переключался на другой, как это и проиллюстрировано на диаграмме. Таким образом, в оптимальном режиме формируется временная связка из трёх нуклонов: n⁰-p⁺-n⁰. Обратим внимание на то, что нейтроны из этой связки являются друг по отношению к другу частицей и античастицей – но при этом они отнюдь не испытывают тенденций проаннигилировать друг с другом.

Теперь заметим, что, аналогично случаю с атомными структурами [5], энергию одной ядерной связи можно выразить тремя способами: через дефект масс связанной пары нуклонов, через частоту ядерных прерываний, и через энергию циклических пространственных перебросов состояния, при котором нуклонная несущая «включена». Но, в отличие от случая атомной связи, ядерная связь «работает», как это видно, лишь с частичным заполнением во времени. Тогда можно записать:

2DMс² = 2xhW_ЯД = xhK/2d,

где DM – усреднённый по времени дефект массы одного из пары связанных нуклонов, с – скорость света, x - коэффициент заполнения во времени для действия ядерной связи, h – постоянная Планка, W_ЯД – частота ядерных прерываний, d – расстояние между центрами двух связанных нуклонов, и K – множитель, имеющий размерность скорости. При  d»3×10^-15 м [2], для случая DMс² =8 МэВ и при x=0.5, оценочное значение для K составляет »4.7×10⁷ м/с.

Теперь вернёмся к тезису о циклических переключениях связи протона с одного нейтрона на другой – этот тезис проясняет некоторые загадки. Так, становится понятно, почему существуют стабильные ядра, в которых единственный протон связан либо с одним нейтроном (у дейтерия), либо с двумя (у трития) – но не с тремя и более: уже третий нейтрон в данном случае оказывается совершенно излишним. Становится также понятно, почему аномально высокую эффективность связи имеет a-частица, т.е. комплекс из двух протонов и двух нейтронов. При ничтожной разности частот атомных модуляций у двух протонов, фазы этих двух модуляций поддерживаются по возможности противоположными – и тогда связка из трёх нуклонов существует практически непрерывно: с поочерёдным включением того или другого протона в её состав. Поэтому a-частица является наименьшим нуклонным комплексом, в котором переключения связей максимально эффективно согласованы. Сам феномен a-распада свидетельствует о том, что a-частичные комплексы в ядрах существуют – причём, не только в тяжёлых, но и в лёгких [6]. Подчеркнём: эти a-частичные комплексы, из-за самосогласованности ядерных связей в них, не имеют ядерных связей с другими нуклонами в ядре. Из этого парадоксального вывода сразу же вытекает сама возможность a-распада – объяснение которой в рамках традиционного подхода выглядит весьма неправдоподобно. Действительно, считается, что a-распад может происходить тогда, когда он энергетически выгоден. Тогда почему ядро a-радиоактивное ядро не испытывает a-распад мгновенно? Полагают, что мгновенному a-распаду препятствует т.н. «кулоновский барьер» (см., например, [7]). Если принять эту логику, то продолжительное существование a-радиоактивного ядра обеспечивается кулоновскими силами, которые, вообще-то, стремятся разорвать ядро на части. К тому же, отнюдь не очевидно – каким образом a-частица преодолевает «кулоновский барьер», вылетая наружу при a-распаде. Предложили квантовомеханическое объяснение: a-частица не «преодолевает» барьер, а «просачивается» сквозь него благодаря т.н. «туннельному эффекту». На наш взгляд, всё гораздо проще: кулоновски взаимодействуют лишь разноимённые заряды, но не одноимённые [8], поэтому «кулоновского расталкивания» в ядре нет; но, как отмечалось выше, у a-частичных комплексов в ядре нет и ядерных связей с другими нуклонами.

Тогда уместен вопрос: что связывает между собой a-частичные комплексы, удерживая большое ядро в целом? Напрашивается ответ: большое ядро в целом может удерживаться за счёт происходящих время от времени таких переключений связей, которые переформировывают составы a-частичных комплексов. Действительно, из-за различающихся энергий связи атомарных электронов, т.е. различающихся частот атомных модуляций, переключения связей в a-частичных комплексах, особенно в разных, происходят не синхронно. Неизбежны ситуации, когда протон, по завершении своего «мёртвого» полупериода для ядерных связей, вновь готов к их включению – а два нейтрона, с которыми он был связан до этого, всё ещё «заняты». Тогда протону потребуется новая «свободная» пара нейтронов. Как можно видеть, для того чтобы большое ядро было в целом стабильно, оно должно содержать некоторое избыточное число нейтронов, по сравнению с числом протонов. Если принять во внимание, что, по мере роста атомного номера, разность между самой большой и самой малой энергиями связи атомарных электронов становится всё больше, и переключения связей в a-частичных комплексах становятся всё менее синхронными, то для стабильности ядра требуется наличие в нём всё большего числа избыточных нейтронов – что и наблюдается в действительности.

Нельзя не упомянуть, что избыточность нейтронов, требуемая для стабильности ядра, традиционно объясняется необходимостью противодействия силам «кулоновского расталкивания» ядерных протонов, роль которого возрастает по мере роста атомного номера. Считается, что избыточные нейтроны «разрыхляют» ядро, ослабляя этим «кулоновское расталкивание». Но, не говоря уже о ничтожности эффекта от такого «разрыхления» по сравнению с ядерными силами, имеются явные указания на то, что кулоновское взаимодействие практически не играет роли в ядерных структурах. В самом деле, большие ядра с недостатком нейтронов – по сравнению с ядрами из «дорожки стабильности» - должны, по традиционной логике, разваливаться кулоновскими силами или, по крайней мере, испускать протоны. В действительности, такие ядра подвержены b⁺-распаду, т.е. они испускают позитроны. Наличие же дополнительного числа нейтронов сверх того, которое требуется для «ослабления кулоновского расталкивания», делало бы ядра, согласно традиционной логике, ещё более устойчивыми. Но и это не так: большие ядра с избытком нейтронов – по сравнению с ядрами из «дорожки стабильности» - подвержены b^--распаду, т.е. они испускают электроны. Как можно видеть, у больших ядер с числом нейтронов, большим или меньшим некоторого оптимального, типичные судьбы совсем не похожи на те, которые следовали бы из наличия в ядре заметных кулоновских сил. Таким образом, вновь косвенно подтверждается наш тезис о том, что кулоновски взаимодействуют только разноимённые заряды [8].

Добавим, что избыточные – на текущий момент – нейтроны в ядре, согласно нашей модели, не охвачены ядерными связями, т.е. они являются, как это ни парадоксально, свободными. Следовательно, в больших ядрах нейтроны, из-за избыточности своего числа, охватываются ядерными силами только поочерёдно – и стабильность таких ядер обеспечивается не статичностью структуры связей в нём, а, наоборот, высокой динамичностью этой структуры.

Наконец, можно объяснить – по крайней мере, качественно – почему чётно-чётные ядра имеют систематически большую энергию связи на нуклон. Эта величина, как можно видеть, зависит от того, насколько оптимально синхронизированы переключения связей в ядре. При нечётном числе протонов, какому-то из них всегда будет недоставать компаньона, чтобы, вместе с двумя нейтронами, образовать a-частичный комплекс – отчего переключения связей будут происходить не в оптимальном режиме. Ещё менее оптимально они будут происходить и при нечётном числе нейтронов: даже в условиях их «избыточности», при оптимальных переформированиях a-частичных комплексов нейтроны сменяются парами – для чего именно парами они и должны быть рассредоточены по объёму ядра.

 

Т.н. «зарядовая независимость» ядерных сил.

Насыщение ядерных сил, которое традиционно объясняется их короткодействием, в нашей модели является естественным следствием того, что связи образуются лишь между отдельными парами p⁺-n⁰. Традиционный подход утверждает совсем другое, а именно: ядерные силы попарно действуют между всеми нуклонами, находящимися достаточно близко друг от друга, и, более того, ядерные силы одинаковы для любой пары нуклонов: p⁺-p⁺, n⁰-n⁰ и p⁺-n⁰. Это свойство, называемое зарядовой независимостью ядерных сил, считается подтверждённым на опыте. Кратко остановимся на этом вопросе.

Убедительным свидетельством равенства ядерных сил в парах p⁺-p⁺ и n⁰-n⁰, считается сходство характеристик зеркальных ядер – число протонов в одном из которых равно числу нейтронов в другом, и наоборот. Например, картины уровней энергии у ядер Li⁷ и Be⁷ схожи, а ведь «отличаются зеркальные ядра только тем, что все (p-p)-связи заменены на (n-n)-связи и наоборот, тогда как число (p-n)-связей у них одинаково» [1]. Но заметим: такая логика основана на предварительном постулате о том, что ядерные силы в этих ядрах постоянно действуют между каждой парой нуклонов – а это, на наш взгляд, неверно.

Свидетельством же равенства ядерных сил, действующих между парами p⁺-p⁺ и p⁺-n⁰, считается равенство сечений рассеяния протонов на протонах и на нейтронах [2]. Но, на наш взгляд, сам факт рассеяния протонов в подобных экспериментах говорит о том, что их кинетическая энергия при взаимодействии с мишенями была больше той, при которой ещё могли бы «включиться» ядерные связи. И тогда результаты подобных экспериментов, полученные без участия ядерных сил, свидетельствуют всего лишь о том, что характерные пространственные размеры, соответствующие нуклонной несущей, у протона и нейтрона одинаковы.

Таким образом, «подтверждения» принципа зарядовой независимости ядерных сил оказываются весьма шаткими. Хуже того: если этот принцип был бы действительно справедлив, то составное ядро, хотя бы небольшое, можно было бы построить из одних протонов – но таких ядер не обнаруживается. Их и не может быть согласно нашей модели. Действительно, для связи протонов с протонами пришлось бы устраивать ядерные прерывания у одних протонов на одной фазе, а у других – на противоположной. Но мы не усматриваем способа безошибочного разделения группы протонов на две названные подгруппы, поскольку свободные протоны неразличимы. Отсюда, на наш взгляд, и следует объяснение того, почему не обнаруживается нуклонных комплексов, состоящих из одних протонов – и, соответственно, из одних нейтронов.

 

Об особенностях ядерных спектров.

Составные ядра имеют резонансные уровни энергии: при переходах между ними вниз излучаются характеристические g-кванты. Но расположение ядерных уровней энергии имеет ярко выраженные и до сих пор не объяснённые особенности.

Как известно, линии атомных спектров сгруппированы в серии – соответствующие разрешённым переходам на тот или иной нижний уровень с вышерасположенных уровней. В таких сериях линии сгущаются в характерных спектральных областях. Ничего подобного не наблюдается у ядерных спектров [9]. Уже в ранних экспериментах по ядерной спектроскопии обнаружилось примерное постоянство промежутков между ядерными уровнями. Так, при облучении кадмия рентгеновскими лучами с энергиями до 3.2 МэВ, особенности обнаружились «при энергиях 1.25(?), 1.68, 2.08, 2.56 и 2.97 МэВ… Подобные измерения с Ag^107,109, Au¹⁹⁷ и Ph¹⁰³ дали удивительно похожие результаты… Трудно понять наблюдаемое постоянство расстояний между уровнями, так как для тяжёлых ядер (например, для Au¹⁹⁷) при энергиях возбуждения от 2 до 3 МэВ расстояние между уровнями заведомо меньше, чем 0.4 МэВ. Ещё более удивительно, что для ядер с массами порядка 100 и 200 наблюдается… [одинаковое] расстояние между уровнями» [9]. Целочисленные соотношения между энергиями возбуждения обнаружились также «в спектре возбуждённого Fe⁵⁶, полученного в результате b-распада Mn⁵⁶ и Co⁵⁶ (энергии наблюдавшихся уровней равны 0.425×к МэВ, где к=2,3,5±1%), …в Ge⁷² с тремя g-переходами, энергии которых составляют 0.21×к МэВ, где к=3,4,10, и в Xe¹³⁰, возбуждённом в результате b-распада I¹³⁰ с g-переходами, энергии которых равны к×0.107, к=4,5,7±1% МэВ… Изучение групп протонов и нейтронов в большинстве реакций типа (d,p) и (d,n) выявило, что вопреки ожиданиям, расстояние между уровнями не уменьшается, а практически остаётся постоянным до энергий возбуждения порядка 5 МэВ или более. Например, группы нейтронов из реакций F¹⁹(d,n)Ne²⁰ указывают на разности энергий последовательных уровней 1.5, 2.7, 1.3, 1.9, 1.7 и 1.1 МэВ… Группы протонов из реакций Ne(d,p), S³²(d,p) и Mn⁵⁵(d,p) показывают расстояния между уровнями: для Ne²¹ 0.31, 1.44, 1.08, 0.75 МэВ, …для S³³ 1.05, 1.12, 1.05 и 1.11 МэВ и для Mn⁵⁶ 1.01, 0.70, 0.71, 1.13 и 0.77 МэВ… Удивительным является то, что возбуждаемые уровни располагаются со столь правильными интервалами» [9] (ссылки на первоисточники опущены).

Заметим, что в цитированном раннем издании [9] речь шла, фактически, об особенностях главной структуры ядерных спектров. Впоследствии обнаружилось также тонкое расщепление главных ядерных уровней на множество подуровней – из-за чего, при излучательной ширине отдельного перехода всего в несколько эВ, полные ширины линий могут составлять сотни кэВ (см., например, [10]).

Перечисленные особенности ядерных спектров находят естественное объяснение в нашей модели – где они являются следствием резонансных соотношений в связанных нейтронах. Врезка на диаграмме иллюстрирует происхождение резонансных соотношений между частотами нуклонной несущей и ядерных прерываний: на полупериоде второй из них должно укладываться целое число полупериодов первой. При оценке результирующего промежутка между уровнями учтём следующее. Во-первых, для каждой связанной пары нейтрон-протон, частота ядерных прерываний соответствует удвоенной «энергии связи на нуклон». Во-вторых, для средних и тяжёлых ядер, энергия ядерных прерываний даже несколько больше удвоенной «энергии связи на нуклон» - из-за того, что «избыточные», на текущий момент, нейтроны являются свободными. Соответствующий поправочный коэффициент есть a=(r+1)/2, где r – отношение числа нейтронов к числу протонов в ядре. При энергии связи на нуклон в 8 МэВ и a=1.2, частота ядерных прерываний соответствует энергии 8 МэВ´2´1.2 =19.2 МэВ – будучи при этом равна 4.65×10²¹ Гц. Приращение частоты ядерных прерываний, при котором вышеназванное целочисленное соотношение изменяется на единицу, есть

DW_ЯД = (4.65×10²¹)²/2.27×10²³ = 9.53×10¹⁹ Гц.

Для нахождения результирующего промежутка между ядерными уровнями, полученное значение DW_ЯД следует, во-первых, умножить на два, поскольку это приращение частоты отразится как на нейтроне, так и на протоне, связанных на каждый текущий момент, и, во-вторых, его следует разделить на два, поскольку возбуждённое резонансное состояние может существовать, пока существует a-частичный комплекс – а на таких временах, для каждого из четвёрки нуклонов, ядерная связь (и её приращение) «работает» с половинным заполнением во времени. Результирующий искомый промежуток между уровнями должен соответствовать именно значению 9.53×10¹⁹ Гц, т.е. он должен составлять »0.39 МэВ – что вполне согласуется с опытными данными [9].

Аналогично, диаграмма иллюстрирует происхождение ещё одного резонансного соотношения, а именно: на периоде электронной частоты должно укладываться целое число периодов ядерных прерываний. При изменении этого целочисленного соотношения на единицу, результирующее разделение подуровней составит »13.6 кэВ.

Таким образом, ключевой тезис, позволяющий объяснить особенности ядерных спектров, звучит так: возбуждается не ядро в целом, возбуждаются отдельные a-частичные комплексы в нём.

Разумеется, наше объяснение особенностей ядерных спектров можно рассматривать лишь в качестве первого приближения. Но другие модели ядерных сил, насколько нам известно, не дают объяснения этих особенностей даже в первом приближении – ограничиваясь лишь классификацией ядерных уровней.

 

О цепных ядерных реакциях и бета-плюс-распаде.

Хорошо известно, что при цепной ядерной реакции (ядерном взрыве) распады ядер тяжёлого элемента инициируются попаданиями в них нейтронов, с непременным соблюдением следующих условий: во-первых, эти нейтроны испускаются при предыдущих распадах ядер, и, во-вторых, эти нейтроны являются тепловыми, т.е. имеют кинетические энергии, меньшие некоторого характерного значения, ничтожного по ядерным меркам.

Казалось бы, с тем, что тепловые нейтроны обладают способностью разваливать тяжёлые ядра, трудно согласовать наш вывод о том, что «избыточные» - на текущий момент – нейтроны в тяжёлых ядрах являются свободными. Тяжёлое ядро буквально нашпиговано тепловыми нейтронами, но при этом оно отнюдь не распадается – хотя его немедленный распад вызывает попадание в него единственного теплового нейтрона, испущенного при предыдущем распаде.

Логично допустить, что временно свободные тепловые нейтроны в тяжёлых ядрах и тепловые нейтроны, испускаемые при распадах тяжёлых ядер, всё-таки отличаются друг от друга. Поскольку у тех и у других отсутствуют ядерные прерывания, то степенью свободы, по которой они могут различаться, должен обладать процесс, обеспечивающий внутреннюю связь в нейтроне – через циклические превращения входящих в его состав пар [4]. И единственная степень свободы, которую мы здесь усматриваем – это возможность ослабления этой внутренней связи «на приросте масс» [4], из-за уменьшения частоты циклических превращений в нейтроне – с излучением соответствующих g-квантов. Приведение нейтронов в подобное ослабленное состояние – например, при распадах тяжёлых ядер, когда происходят экстремальные превращения энергии из одних форм в другие – не представляется нам чем-то необычным. Ослабленное состояние нейтрона обусловлено, по-видимому, нештатным режимом работы программы, которая формирует нейтрон в физическом мире – и при этом нейтрону легче распасться на протон и электрон. Поэтому, на наш взгляд, некорректен принятый в ядерной физике вывод о нестабильности свободного нейтрона и о его среднем времени жизни, равном примерно 17 мин [7]: этот вывод сделан на основе экспериментов лишь с нейтронами, вылетающими из атомных котлов [7,11] – а такие нейтроны (по крайней мере, часть из них) должны быть ослаблены. Неослабленный же нейтрон способен жить, на наш взгляд, неограниченно долго. Таким образом, устраняется теоретическая проблема, связанная с необходимостью объяснить – как обеспечивается стабильность ядерных нейтронов, если в свободном состоянии они, якобы, нестабильны.

Теперь вернёмся к цепным ядерным реакциям и попытаемся ответить на вопрос – каким образом ослабленный нейтрон разваливает тяжёлое ядро. По сравнению с неослабленными нейтронами, у ослабленных нейтронов период «включений-выключений» нуклонной несущей увеличен. Если у такого нейтрона, попавшего в ядро, будут «включены» ядерные прерывания, так что он окажется связан с каким-либо протоном, то вышеописанный синхронизм переключения связей в тройке n⁰-p⁺-n⁰ окажется невозможен. В результате нарушится синхронизм связей в соответствующем a-частичном комплексе, и, далее, оптимальный порядок переключения связей, обеспечивающих стабильность ядра в целом – что и приведёт к его распаду. Заметим, что ключевым моментом для описанного сценария является «включение» у ослабленного нейтрона ядерной связи – а для того, чтобы это «включение» произошло, нейтрон должен иметь достаточно малую кинетическую энергию. Так мы объясняем, почему нейтроны с кинетической энергией в несколько сотен кэВ только возбуждают тяжёлое ядро, а тепловые нейтроны с энергиями всего в несколько сотых эВ могут эффективно его развалить.

Кратко остановимся на ещё одном феномене - b⁺-распаде, который, в отличие от b^--распада, должен происходить весьма необычно. Действительно, при b^--распаде ядерный нейтрон превращается в протон с выстреливанием электрона, т.е. происходит обычный распад нейтрона. Но при b⁺-распаде ядерный протон превращается в нейтрон с выстреливанием позитрона. Мало того, что такое превращение не обеспечено собственной энергией протона – и, как полагают, недостающая энергия «восполняется ядром» [7]. Для превращения протона в нейтрон с освобождением позитрона требуется, с учётом вышеизложенных представлений о протоне и нейтроне, участие ещё одной частицы – предельно связанной пары [12]. Напомним, что в такой паре электрон связан с позитроном, причём энергия связи составляет 511 кэВ. Такая пара имеет массу электрона и нулевой электрический заряд – т.е., известный зарядовый дублет лептонов, e^- и e⁺, можно дополнить до триплета e^-, e⁺ и e⁰, где символом e⁰ мы обозначили предельно связанную пару.

С учётом этих замечаний, реакция, происходящая при b⁺-распаде, имеет, как мы полагаем, следующий вид:

p⁺ + e⁰ ® n⁰ + e⁺.

При допущении такой реакции, вышеназванные затруднения в представлениях о b⁺-распаде устраняются. Но мы пока не берёмся объяснить, почему такая реакция не наблюдается, когда исходные протоны являются свободными.

 

Заключение.

Вышеизложенное не претендует на полный охват огромного пласта экспериментальных данных – по физике атомного ядра. Мы постарались, на основе новой модели, качественно объяснить лишь основные свойства ядер.

Для такого объяснения, оказывается, не требуется изощрённых гипотез квантовой хромодинамики, в частности, про кварки и глюоны, с вопиющей проблемой конфайнмента в придачу. Надежды на получение кварков и глюонов в свободном состоянии теоретики связывают с вводом в строй Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе, как и надежды на открытие на этом коллайдере т.н. бозона Хиггса – гипотетической частицы, из-за которой, якобы, происходят «спонтанные нарушения симметрии», порождающие массы у элементарных частиц [3].

Но, на наш взгляд, здесь можно обойтись и без адронных коллайдеров. Проблему конфайнмента мы не решаем, а устраняем. Эта проблема, как следует из вышеизложенного, надуманная: кварков и глюонов не существует в природе. Что же касается масс элементарных частиц, то они таковы, потому что быть таковыми они предписаны – программами, формирующими эти частицы в физическом мире и задающими все их свойства.

 

Автор благодарит С.М.Гаврилкина и А.В.Новосёлова за полезное обсуждение.

 

 

Ссылки.

 

1.                       А.И.Наумов. Физика атомного ядра и элементарных частиц. «Просвещение», М., 1984.

2.                       Г.Бете, Ф.Моррисон. Элементарная теория ядра. «Изд-во иностранной литературы», М., 1958.

3.                       А.Любимов, Д.Киш. Введение в экспериментальную физику частиц. «Физматлит», М., 2001.

4.                       А.А.Гришаев. Нейтрон: структурная связь «на приросте масс». – Доступна на данном сайте.

5.                       А.А.Гришаев. Автономные превращения энергии квантовых пульсаторов – фундамент закона сохранения энергии. – Доступна на данном сайте.

6.                       В.Г.Неудачин, Ю.Ф.Смирнов. Нуклонные ассоциации в лёгких ядрах. «Наука», М., 1969.

7.                       К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Т.1: Физика атомного ядра. «Атомиздат», М., 1974.

8.                       А.А.Гришаев. Разноимённые электрические заряды, как противофазные квантовые пульсации. – Доступна на данном сайте.

9.                       С.Девонс. Энергетические уровни ядер. «Изд-во иностранной литературы», М., 1950.

10.                    Э.В.Ланько, Г.С.Домбровская, Ю.К.Шубный. Вероятности электромагнитных переходов атомных ядер. «Наука», Л., 1972.

11.                    Л.Кёртис. Введение в нейтронную физику. «Атомиздат», М., 1965.

12.                    А.А.Гришаев. Новый взгляд на аннигиляцию и рождение пар. – Доступна на данном сайте.

 

 

Источник: http://newfiz.narod.ru

Поступило на сайт: 09 октября 2007.