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 M_L:

• • M_L= – 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 m_0~) 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 r_0~ 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.