[вернуться к содержанию сайта]
Последовательная теория элементарных частиц, которая предсказывала бы возможные значения масс элементарных частиц и другие их внутренние характеристики, ещё не создана.
Советский Энциклопедический Словарь
Сейчас известно более сотни элементарных частиц
[1, 2]. Это обилие привело к мысли, что они отнюдь не элементарны, а состоят из ещё более простых элементов. Считается, что этими элементами должны быть кварки – гипотетические частицы с невероятными свойствами. Так, любой из кварков много тяжелей частицы, которую они образуют: часть больше целого! Не зря многие говорят, что гипотеза кварков и так называемая квантовая хромодинамика – это чисто формальный способ систематизации частиц. Ну а такая фундаментальная характеристика частиц как масса, почему-то игнорируется учёными. А ведь именно массы позволили Д.И. Менделееву навести порядок в мире химических элементов, среди многих десятков которых царил некогда такой же хаос. На основе известных масс элементов не только была построена их система (таблица Менделеева), но и понято строение атома. Далее покажем, что и для понимания строения элементарных частиц их масса и закон её сохранения, вводимый Баллистической Теорией Ритца (БТР), может иметь ключевое значение.
Прежде всего, естественно допустить, что наиболее просты и элементарны частицы, обладающие наименьшей массой (так и среди атомов самый простой – водородный). К ним можно отнести электрон, масса М которого взята за единицу измерения масс других частиц (М=1), и некоторые из мезонов. А именно, мюон (μ-мезон) – заряженная частица, которая тяжелей электрона в 207 раз (M=207), нейтральный пион (π0-мезон, M=264) и заряженный пион (π+- или π
–-мезон с M=273). Думается, именно из этих частиц, как из деталек конструктора, и построены все прочие элементарные частицы, имеющие много большие массы.И точно, беря эти три вида мезонов в разных сочетаниях, можно получить массу любой другой частицы. Например, два заряженных и два нейтральных пиона дают в сумме массу 1074,4. Это с точностью до 0,04 % совпадает с массой η0-мезона (M=1074). Так что эта частица состоит, вероятно, из четырёх пионов: π+, π–, π0, π0. Недаром эта-ноль-мезон распадается всегда именно на пионы. Другой пример: 8 заряженных пионов дают в сумме массу 273×8= 2184 – это масса Λ0-гиперона, отличная от истинной всего на 0,03 %. Значит, лямбда-гиперон состоит из четырёх положительных и четырёх отрицательных пионов: Λ0=4π+ + 4π–.
Судя по точности и частоте таких совпадений, они не случайны и должны открыть тайну строения частиц. Для этого достаточно составить несложную компьютерную программу, по-разному комбинирующую массы трёх мезонов (
M=207; 264; 273) и находящую совпадения их сумм с известными массами элементарных частиц. Результаты поиска программы сведены в таблицу 1. В первой колонке стоит обозначение частицы, в следующих трёх – её состав (по числу мезонов), в пятой – расчётная масса, в шестой – измеренная, в седьмой – их разница в процентах, не превосходящая 0,2 %. Из таблицы видно, что некоторые частицы (Λ0, Δ*, Ξ*, Ω–, τ–) можно представить несколькими комбинациями – разными наборами мезонов. Как легко заметить, причина этого в том, что сумма масс 4-х мюонов и π0-мезона почти равна массе 4-х заряженных пионов (M=1092). Это означает, что и сами мезоны – это не элементарные, а составные частицы. Так, нейтральный пион должен, видимо, состоять из четырёх нейтральных частиц, имеющих массу 264/4=66 масс электрона. И каждая такая частица в сочетании с мюоном образует заряженный пион с массой M=207+66 =273 (рис. 1).
Эти частицы пока никем не найдены, поэтому считают, что при распаде нейтрального пиона его масса просто исчезает, полностью переходя в гамма-излучение. Согласно БТР, это невозможно, и потому при распаде пион должен делиться на те самые 4 частицы с М=66, которые лишь потому не открыты, что нейтральны и не оставляют следов в детекторах частиц, если только не считать их следами гамма-излучение. В дальнейшем будем для удобства называть эти частицы гамма-мезонами (или гаммонами), обозначая греческой Γ, ввиду того, что эти продукты распада пионов долгое время принимали за гамма-кванты. В физике такое случалось и прежде: рождённые распадом нейтроны из-за их нейтральности и трудноуловимости тоже поначалу приняли за гамма-кванты. Наличие гаммона и мюона в составе заряженного пиона подтверждается тем, что последний при распаде образует мюон. Оставшаяся масса 273–207=66, как считают, переходит в энергию. Но с позиций классической физики, в которой масса сохраняется, следует считать, что эту массу незаметно уносит гаммон.
В таком случае разные варианты устройства одной и той же частицы окажутся эквивалентны. К примеру, уже рассмотренный Λ0-гиперон состоит просто из 8-ми мюонов и 8-ми гаммонов, а лишние варианты отпадут. У иных же частиц, напротив, не нашлось даже одного точного способа представления комбинацией мезонов. Таковы нейтрон n, K-мезоны, Ξ0-гиперон и некоторые из частиц-резонансов. Есть, правда, сочетания мезонов, дающие массу почти как у этих частиц (с погрешностью около 1 %). Однако неидеальность таких совпадений говорит об их случайности, и программа отсеивает эти варианты как маловероятные.
Но мы не учли другой возможности. Ведь в мире помимо частиц существуют античастицы, имеющие, думается, отрицательную массу
. Раз масса – это количество материи, то у антиматерии масса минусовая [3]. Именно этим с позиций классической физики можно объяснить бесследное исчезновение масс при аннигиляции частиц и античастиц, или, напротив, их рождение. Если в состав частицы наряду с мезонами иногда входят антимезоны, имеющие минусовую массу, то числу мезонов в частице можно придавать и отрицательные значения, что породит новые варианты. К примеру, 6 мюонов и один нейтральный антипион дают в сумме массу 206,7×6–264=976,1, что с погрешностью в 0,2 % совпадает с массой K0-мезона (M=974,1). А 6 мюонов в сумме с заряженным антипионом дают массу 206,7×6–273,1=967,1 одного заряженного K+-мезона (M=966,4) с погрешностью в 0,07 %. Поэтому дополним первую таблицу новой, где знаки минус соответствуют античастицам с антимассой.
Как видим, допустив существование отрицательной массы, можно и оставшиеся частицы представить в виде наборов из 3-х типов мезонов. Причём античастиц в любом наборе не больше двух. Если же все пионы разбить на гаммоны и мюоны (π0=4Γ; π+=μ+Γ), и представлять каждую частицу в виде набора из двух типов мезонов (μ и Γ), то во многих комбинациях отрицательные массы исчезнут. Так, ρ+=7Γ+5μ; Σ–=Γ+11μ; Ξ0=17Γ+7μ. А в оставшихся случаях от минусовых масс можно избавиться, допустив, что гаммоны есть и в составе мюонов.
Так или иначе, массу любой частицы всегда можно представить в виде
M=66x+207y, где x – число Γ-мезонов, а y – μ-μезонов. Придавая x и y различные целые значения – составляя разные сочетания Γ- и μ-мезонов, по-разному комбинируя их, – можно предсказать новые частицы, по крайней мере узнать их массы. Впрочем, не всякая комбинация мезонов реализуется в природе – не все они устойчивы. Точно так же теоретически возможны ядра, состоящие из любого числа протонов и нейтронов. Однако лишь редкие их сочетания оказываются стабильными, устойчивыми. Другие сочетания-изотопы хоть и менее стабильны, но тоже живут некоторое время. Все же прочие сочетания протонов и нейтронов крайне неустойчивы и распадаются почти мгновенно. То же и у сочетаний мезонов: одни из образованных ими элементарных частиц живут сравнительно долго, другие малоустойчивы и сразу распадаются. Таковы частицы-резонансы (ρ, ω, φ-частицы и все помеченные звёздочкой).Может удивить, что в распадах помимо мезонов возникают и другие частицы. Но это естественно, если фрагменты, на которые делится частица, состоят из нескольких мезонов. Ведь и тяжёлые атомные ядра при распаде делятся не на десятки отдельных протонов и нейтронов, а на образованные ими сравнительно крупные осколки. Потому и продукты деления тяжёлых частиц – это в основном другие тяжёлые, составные частицы
(рис. 2). А возникающие в распадах пионы и мюоны – это лишь дополнительные мелкие осколки (вроде нейтронов, вылетающих при делении тяжёлых ядер). Образуются и совсем незаметные осколки деления, к примеру гаммоны, чем вызвано кажущееся уменьшение массы в распадах.
При делении частицы образующие её мезоны могут разбиться на разные сочетания. Такая частица распадается несколькими путями: в одних случаях давая одни продукты, в других – другие. Физики считают это доказательством превращения частиц – совсем как алхимики, видевшие в химических реакциях превращения веществ, хотя реально шла лишь перегруппировка атомов. Аналогично "превращения" частиц вызваны перегруппировкой мезонов: мезонный состав частицы можно разбить на две-три группы разными способами, эти группы образуют разные частицы. (В конце концов, и тяжёлые ядра распадаются несколькими путями.) Какие из частиц возникают в распаде чаще, зависит от устойчивости данных сочетаний мезонов, от энергии их связи в частице, а значит, и от энергии распада.
Кроме соответствия массы в комбинации надо обеспечить соответствие заряда. Поэтому в комбинации мезонов, представляющей нейтральную частицу, должно быть поровну положительных и отрицательных зарядов. Например: η0=2π0+π–+π+; Λ0=4π++4π–. Если же число зарядов нечётное, то комбинацию можно сделать нейтральной, дополнив её одним электроном или позитроном. Зато в составе заряженной частицы зарядов одного знака должно быть на один больше, чем другого. А комбинации с чётным числом зарядов надо дополнить электроном или позитроном. Добавление этих частиц с M=±1 мало влияет на полную массу комбинации, поэтому до сих пор мы их не привлекали: их назначение – обеспечить соответствие заряда, а не массы. Так, частицы-резонансы (ρ, Κ*, Δ*, Σ*, Ξ*), имея заданную массу, могут обладать зарядом 0, ±1, ±2 – всё зависит от числа электронов и позитронов в комбинации.
Тем, что помимо мезонов в каждую частицу могут дополнительно входить ещё несколько электронов или позитронов, можно объяснить и небольшие (порядка единицы) расхождения между расчётными и измеренными массами. Вообще массы некоторых частиц, особенно резонансов, известны с заметной погрешностью. К тому же, как было сказано в [
4], измеряемая масса частицы может несколько отличаться от суммарной массы её компонентов. Причиной тому – погрешность "электромагнитных весов", показывающих разный вес частицы в зависимости от того, движется она или покоится. (Так и некоторые торговцы дабы обвесить, не кладут, а бросают товар на чашу весов, отчего он весит больше неподвижного.)Соответственно частицы, входящие в состав более сложных частиц-конгломератов и находящиеся внутри них в сложном, обычно круговом движении, весят чуть меньше, чем в свободном состоянии. Именно весят! Ведь находят их кажущийся, измеряемый неидеальными приборами вес, а не реальную массу, которая должна оставаться неизменной. Так и рождается мнимое несоответствие масс частицы и её составляющих, именуемое дефектом масс, хотя правильней его было бы назвать дефектом весов. Физики считают, что эта "исчезнувшая" масса превращается в энергию и что её выделение в ядерных печах и бомбах доказывает справедливость теории относительности, словно ей они обязаны своим существованием.
Но с тем же успехом можно заявить, что и химические реакции деления, слияния молекул, простые печи и бомбы обязаны чем-то теории относительности. Реально в любых реакциях выделяется лишь внутренняя энергия движения и взаимодействия частей в атомах и элементарных частицах. Ядерные реакции были открыты и исследованы без помощи СТО. А "пропажа" в реакциях крупных масс связана с присутствием ещё не найденных нейтральных частиц или частиц с антимассой. Пусть это и ведёт к отклонению некоторых формальных законов превращения частиц, зато вернётся отвергнутый физиками
закон сохранения массы, имеющий фундаментальный смысл, ибо роль массы огромна. Но что же собой эта масса представляет? Считают, что масса частицы – это количество заключённой в ней материи. Тем самым как бы вводят некие универсальные частицы с единичной массой. И если из них построены все прочие частицы, то масса любой из них – это число таких единиц в её составе.Мы выяснили, что почти все частицы построены из мезонов. Даже опытно мезоны были найдены, скажем в нейтронах, в форме окружающей их мезонной оболочки и отдельных зарядов (партонов). Сами мезоны тоже не элементарны, и могут быть в свою очередь образованы электронами и позитронами. Выходит, именно им следует отвести роль тех единиц, из которых построен мир. Не зря в микромире массу электрона приняли за единичную, как некогда массу атома водорода. Но это не значит, что электрон – самая простая частица. В глубь наш мир столь же неограничен, как в ширь пространства и времени. Так, сами электроны могут быть построены из реонов, а позитроны – из ареонов [
3]. Но что тогда есть масса электрона? В классической физике полагали, что его инертная масса m – это мера электрического воздействия электрона самого на себя. И представляли электрон в виде заряженной сферы радиуса r, при ускорении которой действие передней части, заряда сферы на заднюю превышало обратное. Разница сил и создаёт силу инерции, мешающую ускорению электрона [4].Это позволило рассчитать так называемый классический радиус
r электрона. В самом деле, если для простоты разбить сферу электрона на два заряда e/2, отделённых расстоянием r, то в покое или при равномерном движении силы их взаимодействия F=e2/16πε0r2 уравновешивают друг друга. Но при движении с ускорением a баланс сил нарушается [4]. Их разница ΔF= 4Far/с2= ae2/4πε0rс2 – это и есть сила инерции Fин=ma (рис. 3). Отсюда r= e2/4πε0mс2= 2,82·10–15 м. Именно так определяют классический радиус r электрона.
Но классический радиус электрона – это скорее не реальный радиус частицы, а то критическое расстояние, на котором уже не применим закон Кулона [
5]. Ритц считал электрон частицей, источающей реоны, – словно бенгальский огонь, рассыпающий снопы искр. Но можно допустить, что электрон выстреливает не отдельные реоны, а образованные ими более тяжёлые частицы. На некотором расстоянии r от электрона частицы взрываются, распадаясь на отдельные реоны. Поэтому назовём эти частицы бластонами (от англ. blast – взрыв, заряд для взрыва). Именно тот радиус сферы распада r, на котором бластоны взрываются каскадом реонов, и будет классическим радиусом электрона. Тогда электрон следует уподобить ракетнице, стреляющей зарядами, как в салюте рассыпающимися сотнями осколков (рис.4).Часть этих осколков-реонов улетит со скоростью
c прочь от электрона, создав отталкивание, а часть вернётся к нему, своими ударами породив силу инерции. Понятно, что едва только пара электронов или позитронов сблизятся до расстояния меньшего r, отталкивание между ними исчезнет (рис. 5). Электрон, находящийся внутри равномерно "заряженной" сферы распада, не испытывает воздействия. Не исключено, что в этом и заключена природа ядерных сил. Два протона, сблизившись до расстояния r, просто перестают отталкиваться, поскольку их заряды (позитроны) перестают взаимодействовать. Именно это расстояние называют радиусом действия ядерных сил, и именно такой размер r – порядка 10–15 м имеют ядра. Вообще говоря, сфера распада бластонов не имеет чётких границ: она размыта, поскольку эти разрывные частицы, выброшенные электроном, лишь в среднем распадаются на расстоянии r. Словно искры, одни из них живут чуть больше и, как шальные пули, успевают далеко улететь от электрона, а короткоживущие взрываются ближе. Этим можно объяснить туннельный эффект – способность протонов к слиянию даже на расстояниях больших r.
Далее рассмотрим притяжение позитрона и электрона. При сближении до расстояния
r они тоже перестают взаимодействовать. Как показал В. Мантуров, энергия, выделяемая при аннигиляции электрона и позитрона – это вовсе не энергия уничтожения их массы, а всего лишь потенциальная энергия их электрического взаимодействия, выделившаяся при сближении частиц до расстояния равного классическому радиусу r. Дальше энергия не выделяется, поскольку частицы уже не сближаются и не взаимодействуют. Электрон с позитроном, находясь внутри общей сферы распада, перестают сопротивляться ускорению: их суммарная масса, подобно заряду, зануляется. Потому такие частицы и нельзя обнаружить. Если же сферы распада частиц не перекрываются, то их массы суммируются по модулю.
Мантуров допустил, что электроны и позитроны, притягиваясь друг к другу, способны сливаться не только в пары, но и в крупные конгломераты – ядра, протоны и нейтроны, насчитывающие тысячи частиц и представляющие собой своего рода кристалл из чередующихся электронов и позитронов, вроде кристалла соли. Не зря именно из ядер гамма-излучение выбивает электрон-позитронные пары
[2], подобно обычному свету, вырывающему электроны из металла. То есть гамма-излучение не превращается в частицы, а лишь выбивает, разделяет уже существующие пары, иначе рождение таких пар было бы возможно и в вакууме.Кристалловидное строение должно быть свойственно не только ядерным частицам, но и мезонам. В конце концов, раз есть кристаллы, построенные из атомов, то почему не быть кристаллам, образованным элементарными частицами? Как и для атомов, клеем, цементирующим мезоны или электроны внутри кристаллов-частиц, могут служить электрические силы. Многие уже считают, что ядерные и другие взаимодействия, удерживающие частицы, – это лишь разные проявления электрического, так же как и магнетизм с гравитацией [
3, 4].Ещё Дж. Фокс (см. его статью на
www.ritz-btr.narod.ru) указал на огромный потенциал теории Ритца в объяснении явлений микромира. Большой объём эмпирических данных – масс, времён жизни, структур элементарных частиц – может найти истолкование именно в теории Ритца. Но из-за слепой веры учёных в теорию относительности, отказа от закона сохранения массы, открытого Ломоносовым, современная наука не в силах объяснить точных соотношений между массами частиц и показать, почему масса данной частицы такая, а не иная. А для БТР это не проблема, так же как и кинематика высоких скоростей, и дефект масс, и прочие законы микромира, возможные якобы лишь по СТО. И хотя некоторые ядерные эксперименты приводят в качестве несогласных с БТР (см. Франкфурт У.И., Френк А.М., "Оптика движущихся тел", М., 1972), реально они противоречат теории Ритца не больше, чем космические наблюдения. Дж. Фокс показал, что несоответствие чаще возникает не по вине БТР, а от неразвитости наших представлений о микромире и космосе. Применять явления для проверки теории Ритца можно, лишь пересмотрев их на её базе. А если БТР раскроет строение частиц, к примеру нейтрона, то сразу откроются и новые источники энергии.С. Семиков
Источники:
1. Мякишев Г.Я. Элементарные частицы. М., 1973.
2. Мухин К.Н. Занимательная ядерная физика. М.: Атомиздат, 1972.
3. О природе электричества и магнетизма
Дата установки:
18.12.2006[вернуться к содержанию сайта]
