Строение элементарных частиц (физика)
Данная статья была написана Владимиром Горунович для сайта "Викизнание" и помещена на этот сайт с целью защиты информации от вандалов, затем дополнена на этом сайте.
Полевая теория элементарных частиц, действуя в рамках НАУКИ, опирается на проверенный ФИЗИКОЙ фундамент:
Классическую электродинамику,
Квантовую механику (без виртуальных частиц, противоречащих закону сохранения энергии),
Законы сохранения - фундаментальные законы физики.
В этом принципиальное отличие научного подхода, использованного полевой теорией элементарных частиц - подлинная теория должна строго действовать в рамках законов природы: в этом и заключается НАУКА.
Использовать не существующие в природе элементарные частицы, выдумывать не существующие в природе фундаментальные взаимодействия, или подменять существующие в природе взаимодействия сказочными, игнорировать законы природы, занимаясь математическими манипуляциями над ними (создавая видимость науки) - это удел СКАЗОК, выдаваемых за науку. В итоге физика скатывалась в мир математических сказок. Сказочные персонажи Стандартной модели (кварки с глюонами) вместе со сказочными гравитонами и сказками "Квантовой теории" уже проникли в учебники физики - и вводят в заблуждение детей, выдавая математические сказки за действительность. Сторонники честной Новой физики пытались этому противостоять, но силы были не равны. И так было до 2010 года до появления полевой теории элементарных частиц, когда борьба за возрождение ФИЗИКИ-НАУКИ перешла на уровень открытого противостояния подлинной научной теории с математическими сказками, захватившими власть в физике микромира (да и не только).
Теперь к Полевой теории элементарных частиц добавилась еще Теория гравитации элементарных частиц, отправившая в коллекцию заблуждений в физике множество математических сказок 20 века, вызвав гнев некоторых их авторов.
Но о достижениях Новой физики человечество бы не узнало, без интернета, поисковиков и возможности свободно говорить правду на страницах сайта. Что касается изданий, зарабатывающих на науке, то кто их сегодня читает, когда есть возможность быстро и свободно получить требуемую информацию в интернете. Выбирая между публикацией в "научном" издании, после чего статьи будут надежно спрятаны от тех, кому они предназначены, и станут доступны только за деньги, а мне будет навязана передача авторского права, за сомнительный "рейтинг", и свободной публикацией в интернете, делающим статьи доступными людям - руководствуясь интересами будущего ФИЗИКИ, я выбираю последнее. Ну а если некоторые не владеют компьютером или интернетом, то в эпоху компьютеров и интернета им придется этому научиться. А там, куда еще интернет пока не дошел - придется подождать, или переехать.
С открытием элементарных частиц физика занялась вопросом об их строении. За последние сто лет было предложено множество разнообразных моделей и теорий. Наиболее значимыми из них являются: стандартная модель, волновые модели и теории (их можно найти в интернете, например: Алеманов С.Б. - ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ) и полевая теория элементарных частиц. При этом, полевая теория элементарных частиц включает в себе часть положений волновых моделей, но она подходит к вопросу строения элементарных частиц немного по-иному.
Оглавление
1 Строение элементарных частиц в стандартной модели
2 Строение элементарных частиц в полевой теории (статья в разработке)
2.1 Основное положение
2.2 Квантовые числа элементарных частиц
2.3 Радиус элементарной частицы
2.4 Группы элементарных частиц
2.5 Электрический заряд элементарных частиц
2.6 Квантовое магнитное поле элементарных частиц
2.7 Масса покоя элементарных частиц
2.8 Упругие взаимодействия элементарных частиц
1 Строение элементарных частиц в стандартной модели
Стандартная модель рассматривает элементарные частицы либо как бесструктурные (лептоны), либо как состоящие из гипотетических кварков (адроны). Ничего более существенного о строении элементарных частиц стандартная модель сказать не может, кроме придумывания бозона Хиггса, кварков, глюонов и т.п.
2 Строение элементарных частиц в полевой теории (статья в разработке)
2.1 Основное положение
Основное положение полевой теории: каждая элементарная частица (за исключением фотона) состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей. Следовательно, такая элементарная частица обладает:
постоянным электрическим полем,
постоянным магнитным полем,
волновым переменным электромагнитным полем.
Наличие данных полей у элементарных частиц с ненулевой величиной массы покоя, а также гравитационного поля, физика подтвердила экспериментально для ряда элементарных частиц.
Элементарная частица с квантовым числом L>0 в полевой теории.
Такое утверждение сделано по следующим причинам:
Элементарные частицы обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. А волновыми свойствами обладает свет, т.е. переменное электромагнитное поле.
Переменное электромагнитное поле не может стоять на месте - оно непрерывно движется со скоростью света. Следовательно, из того, что элементарная частица локализована в пространстве, можно сделать вывод - в ней вращается переменное электромагнитное поле.
Из того, что элементарные частицы обладают постоянным электрическим и магнитным полями делается вывод - у электромагнитного поля есть постоянная составляющая.
Элементарные частицы делятся на заряженные с зарядом ±e и нейтральные (частицы/античастицы) - следовательно, электромагнитное поле поляризовано.
Из того, что элементарный электрический заряд элементарной частицы квантуется, делается вывод - квантуется и постоянная составляющая электромагнитного поля.
Теперь остается разобраться в деталях.
2.2 Квантовые числа элементарных частиц
Вводится главное квантовое число элементарной частицы L и называется внутренним вращательным моментом. Оно имеет размерность спина и отличается от него на величину спина фотона - на 1. Это делается потому, что для фотона главное квантовое число L=0.
В итоге получаем спин J как следствие главного квантового числа L:
J=1-L;(L<=1)
J=L-1;(L>=1)
Поскольку в квантовой механике спин квантуется кратно 1/2 - следовательно, главное квантовое число L также квантуется кратно 1/2.
Но в квантовой механике спин еще имеет 2J+1 проекцию - следовательно, главное квантовое число L также будет иметь 2L+1 проекцию - получился механизм расщепления групп элементарных частиц (внутри которых L постоянно) на подгруппы по квантовому числу ML:
ML= – L; – L+1; … ;L–1; L - всего 2L+1 значение;
Теперь вспомним, что расщепление энергетических уровней элементарных частиц на два будет вызвано разностью в поляризации электромагнитного поля - это хорошо видно на примере протона и нейтрона. Структура полей заряженных и нейтральных элементарных частиц отличается - а значит, будет отличаться и энергия, заключенная в электромагнитном поле, в том числе и масса покоя.
Остается добавить только правила расщепления по квантовому числу Q (электрический заряд или знак магнитного момента) и мы получим спектр основных состояний элементарных частиц.
Фрагмент спектра основных состояний элементарных частиц
2.3 Радиус элементарной частицы
Теперь разберемся с радиусом (r) элементарной частицы.
У нас имеется масса переменного электромагнитного поля (назовем ее m0~) вращающаяся со средней скоростью равной скорости света по среднему радиусу (r) с вращательным моментом равным Lħ.
Радиус элементарной частицы с квантовым числом L> (расстояние от центра частицы до места в котором достигается максимальная плотность массы) определен, как:
Полевой радиус элементарной частицы
Радиус области пространства, занимаемого элементарной частицей, определяется по формуле:
Радиус области пространства, занимаемого элементарной частицей
К величине r0~ добавился еще радиус кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем элементарной частицы. Необходимо помнить, что часть величины массы покоя, сосредоточенной в постоянных (электрическом и магнитном) полях элементарной частицы находится за пределами данной области, в соответствии с законами электродинамики.
2.4 Группы элементарных частиц
На рисунках представлена структура электромагнитного поля четырех последовательных групп элементарных частиц (поперечное сечение) с квантовым числом L>0 и электрическим зарядом Q=+e. Где E - вектора, создающие постоянное электрическое поле, H - вектора, создающие постоянное магнитное поле, а желтым цветом указана область переменного электромагнитного поля.
Лептоны L=1/2(J=1/2), Q=+e
Мезоны L=1(J=0), Q=+e
Барионы L=3/2(J=1/2), Q=+e
Векторные мезоны L=2(J=1), Q=+e
Из рисунков хорошо видно, почему лептоны отличаются от адронов. Пустое пространство внутри элементарной частицы - это не только место для электрического поля противоположного электрическому заряду знака, но и что более важно - разнесение магнитных полей элементарной частицы с противоположными направлениями токов. Именно благодаря последнему у элементарных частиц появляются ядерные силы. И чем больше будет квантовое число L, тем ядерные силы будут мощнее.
2.5 Электрический заряд элементарных частиц
Теперь разберемся с вопросом - как у элементарных частиц возникает электрический заряд.
Если бы элементарная частица представляла собой прямолинейный цилиндр, то никакого электрического заряда у такой элементарной частицы не могло бы быть, поскольку источники постоянного электрического поля обоих знаков заряда полностью симметричны. Это были бы дипольные электрические поля с нулевым суммарным электрическим зарядом.
Свернув цилиндр в кольцо и выбрав поляризацию, при которой снаружи будет электрический заряд одного знака, природа нарушила симметрию между (+) и (−) в результате чего появилось разностное электрическое поле - поле элементарного электрического заряда. Почему этот элементарный электрический заряд квантуется и чему равны дипольные электрические заряды элементарных частиц, можно посмотреть во второй части полевой теории элементарных частиц [2] .
2.6 Квантовое магнитное поле элементарных частиц
Квантовое магнитное поле заряженных элементарных частиц не создается спиновым вращением электрического заряда, а создается постоянной компонентой электромагнитного поля одновременно с электрическим полем. Это видно на примере протона (рис. Барионы).
Квантовая величина магнитного момента создаваемого квантовым магнитным полем будет:
откуда (для протона) →
Как видим, спиновая добавка к величине магнитного момента составляет порядка 1 процента.
Квантовое магнитное поле нейтральных элементарных частиц также создается постоянной компонентой электромагнитного поля одновременно с дипольным электрическим полем. Но, несмотря на то, что данное поле не создает магнитного момента, энергия в поле есть.
Квантовое магнитное поле может быть как слабым (нейтрино) так и источником ядерных сил (нейтрон, протон, адроны).
2.7 Масса покоя элементарных частиц
В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя элементарных частиц с квантовым числом L>0 определяется как эквивалент энергии их электромагнитных полей:
Где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E - напряженность электрического поля, H - напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле.
Как следует из приведенной формулы, величина массы элементарной частицы зависит от условий, в которых данная элементарная частица находится. Так поместив элементарную частицу в постоянное внешнее электрическое поле, мы повлияем на E2, что отразится на массе частицы. Аналогичная ситуация возникнет при помещении элементарной частицы в постоянное магнитное поле. Изменение величины массы в свою очередь повлияет на каналы распада.
Но источниками внешнего (по отношению к элементарной частице) поля могут выступать не только макро-поля, но и поля других элементарных частиц. Так постоянное магнитное поле протона уменьшает внутреннюю энергию нейтрона в атомном ядре дейтерия, делая нейтрон стабильным. Аналогичным образом мощное электрическое поле атомного ядра может создать условия для распада одного из протонов с превращением его в нейтрон и испусканием позитрона с электронным нейтрино.
2.8 Упругие взаимодействия элементарных частиц
Элементарные частицы взаимодействуют своими полями, а именно:
постоянным электрическим полем,
постоянным магнитным полем,
переменным электромагнитным полем.
Взаимодействия гравитационных полей практически можно не учитывать из-за их чрезвычайной слабости.
С точки зрения постоянных полей результат взаимодействия элементарных частиц зависит от:
расстояния между элементарными частицами,
скорости и направления движения,
поляризации (ориентации спинов).
Взаимодействия постоянных полей элементарных частиц можно посмотреть во второй части полевой теории элементарных частиц.
Поскольку порядка 90% внутренней энергии сосредоточено в переменном электромагнитном поле, то результат взаимодействия элементарных частиц зависит еще и от того, какими участками вращающегося переменного электромагнитного поля столкнутся элементарные частицы. Это может привести как к дополнительным мощным силам притяжения, так и силам отталкивания.
Таким образом, переменное электромагнитное поле размывает потенциальные барьеры и вносит элемент случайности во взаимодействия элементарных частиц.