Продолжнение... Начало в статье "Очерки о нейтрино №1"
Распад нейтронана
До сих пор мы говорили без привязки к конкретной модели нейтрона, при распаде которого и появляется нейтрино. Общепризнанной сейчас является кварковая модель нейтрона. Если вам захочется узнать, как в этой модели нейтрона приобретает энергию нейтрино при распаде нейтрона, то подробности вы об этом не узнаете. Проблема приобретения энергии частицей нейтрино важнейшая, но не единственная. Здесь мы посмотрим критически на процесс превращения кварков в нейтроне.
Давайте кратко рассмотрим проблемы, которые не обсуждаются при распаде кварковой модели нейтрона. При этом сам процесс называется не распадом, а «превращением нейтрона в протон». Как принято считать, процесс «превращения нейтрона в протон» сопровождается испусканием нейтрино и бета-электрона. Нейтрино «спасает» закон сохранения энергии и объясняет непрерывный спектр энергии бета-электронов, вылетающих в процессе распада нейтрона.
Схематично, распад кварковой модели нейтрона представлен на рисунке.
Поясним представленную на рисунке цепочку распада кварковой модели нейтрона на протон, электрон и нейтрино. Процесс превращения нейтрона в протон очень прост.
Олин из двух кварков «d» нейтрона самопроизвольно превращается в кварк «u». Как говорится, дело сделано! Нейтрон превратился в протон. Во время превращения «d» кварка в «u» кварк «испускается» векторный, он же – калибровочный, бозон W–, который распадается примерно за время 3⋅10^−25 с на электрон и нейтрино (точнее, антинейтрино, но для нашего рассмотрения это уточнение значения не имеет). Разумеется, о «движущих силах», ведущих к превращению «d» кварка в «u» кварк и почему указанное превращение сопровождается испусканием именно W– бозоном пояснений не дается. Эта проблема подробно не обсуждается в научной литературе и поэтому представляется спорной.
Как читатель понимает фразу: – Кварк «d» превратился в кварк «u»? Ответим вместо читателя: – Был кварк «d», затем исчез и возник другой кварк «u». Но такой процесс превращения кварков является весьма спорным в силу известных законов физики, которые при этом нарушаются.
Например, превращение кварка связано с одновременным исчезновением его всех характеристик: электрического заряда, магнитного момента и спина. Энергия, связанная с этими параметрами кварка не может незаметно исчезнуть. Поэтому исчезновение электрического заряда кварка вызовет в пространстве возбуждение импульса электрического тока ΔJ. При исчезновении магнитного момента кварка генерируется электрический импульс ΔU. Исчезновение спина кварка приводит к излучению энергии 6,8 эВ для спина s=h/4π и 13,6 эВ для спина, равного s=h/2π.
Энергия, не учтенная при распаде нейтрона
«d» кварк
1. Исчезновение «d» кварка ведет к исчезновению его электрического заряда:
– электрический ток ΔJ, возбуждаемый в пространстве в ходе исчезновения кварка вместе с зарядом q=e/3 кулон: ΔJ= q/Δt» е/3·3.10^–25 = 1,8.10^5 A. Скачок импульса напряжения ΔU, соответствующего скачку тока ΔJ, вычислим, используя волновое сопротивление вакуума: ΔU=376 Ом·1,8.10^5 A = 6,7.10^7 В. Электрическая мощность , выделяемая в пространство в связи с исчезновением заряда «d» кварка равна: N = ΔJ·ΔU = 1,2.10^13 Вт. Напомним, данные параметры (и последующие вычисления) производятся для промежутка времени Δt=3.10^–25 c. Это время жизни бозона W–. За это время совершается полный цикл распада нейтрона.
2. Исчезновение «d» кварка ведет к исчезновению его магнитного момента
– исчезающий магнитный момент «d» кварка генерирует мощный электрический импульс величиной ΔU = 1,7.10^7 В, (вольт)
3. Исчезновение «d» кварка ведет к исчезновению его спина величиной s=h/4π,
что, согласно условию квантования Нильса Бора, соответствует энергии излучения, равной 6,8 эВ. С учетом времени распада бозона W– (3⋅10^−25 с) мощность импульса излучения равна 3,6.10^6 Вт.
Завершая тему исчезновения «d» кварка отметим, что этот процесс идет с выделением энергии. Куда девать выделившуюся энергию, вопросов не возникает. Она рассеивается в окружающем пространстве. Однако, экспериментальное обнаружение наличия указанных электромагнитных импульсов указывало бы на справедливость явления превращения кварков.
Правда, в истории превращения «d» кварка в «u» кварк существует принципиальная проблема, которую теория этого явления явно замалчивает. Мы отлично понимаем, «d» кварка должен исчезнуть из объема нейтрона, чтобы освободить место для «u» кварка. Главный вопрос в том, куда его помесить? Ответа нет. Читатель может возразить, речь шла о превращении кварков – одного в другого. Совершенно верно!
Только необходимо объяснить, как отрицательно заряженный кварк «d» превращается в положительно заряженный кварк «u», заряд которого в 2 раза больше и при этом изменяются направления спина и магнитного момента на противоположное в сравнении с кварка «d». Кто это может проделать без затрат внешней энергии и без нарушения закона сохранения заряда?
Нейтронов распадается великое множество с превращением кварков d(-е/3) в кварки u(+2е/3) и, как следствие, пространство Вселенной должно приобретать избыточный положительный, постоянно возрастающий заряд заряд, Наблюдается этот эффект – для теории кварков все хорошо. Если таковой не наблюдается – теория кварков нарушает закон сохранения заряда.
Прежде, чем обсуждать еще одну проблему превращения кварков в нейтроне, связанную с появлением – исчезновение кварков, рассмотрим следующий пример.
Пусть небольшой магнит лежит на столе в точке «А». В окрестности точки «А» существует магнитный поток Ф, созданный этим магнитом. Для определенности примем значение Ф = 1.10^–12 Вс Далее, вы быстро переносите магнит в точку «В» на другой конец стола. Что при этом происходит? В точке «А» исчезает магнитный поток Ф вместе с магнитом. Поэтому в точке «А» возникает электромагнитный импульс U. Магнит, появившийся в точке «В», вносит туда магнитный поток Ф, вызывая испускание второго импульса U.
Если время переноса нашего магнита приравнять времени жизни бозона W–, (3.10^–25 c, это время превращения кварков в нейтроне), величина возникшего импульса равна U=3.10^12 В (вольт) = 3 000 Гигавольт. Такой магнитный поток (Ф = 1.10^–12 Вс) создает Земной магнетизм, на площадке 0,02 квадратных миллиметра.
Конечно, магнитные потоки у кварков намного меньше , чем в нашем примере, пренебречь создаваемыми кварками импульсами пренебречь нельзя. Кварк не может просто так возникнуть, если нет энергии на генерацию соответствующих импульсов. Далее, мы оценим величины электрических импульсов, которые должны сопровождать возникновение «u» кварка в процессе превращения кварков d → u.
«u» кварк
Энергозатраты на электрические импульсы
1. При появлении заряда у «u» кварка возникнет импульс тока ΔJ= q/Δt» 2е/3·3.10^–25 с= 3,6.10^5 A. Соответствующий этому скачку тока импульс напряжения (в области «u» кварка) равен: ΔU = 1,34.10^7 В (вольт).
2. Появление «u» кварка сопровождается возникновением у него магнитного момента и это вызовет генерацию электрического импульса, величина которого будет равна: ΔU = 1,7.10^7 В, (вольт).
3. Появление «u» кварка потребует приобретения внешней энергии в размере не менее 6,8 эВ на «обзаведением» спином s=1/2.
Краткое резюме.
– С одной стороны, обнаружение всего комплекса электрических импульсов в экспериментах по распаду нейтрона , указанных выше, однозначно свидетельствовало бы в пользу кварковой модели нейтрона.
– С другой стороны, обнаруженное нарушение закона сохранения заряда, игнорирование закона генерации электрического тока при «появлении–исчезновении» зарядов, не учет закона электромагнитной индукции для магнитных моментов кварков при их возникновении и при их исчезновении, свидетельствует о противоречивости модели нейтрона на основе кварков. Существующая модель нейтрона требует дальнейшего осмысления.
– Необходимость в дополнительной энергии из внешней среды по отношению к схеме превращения кварков, чтобы обеспечить энергией процесс превращения кварков, вызывает недоверие к явлению превращения кварков. Все потому, что энергию на превращение кварков брать негде. В самом нейтроне такой энергии нет, а из «вакуума» пока еще извлечь энергию не удалось. Очевидно, процесс превращения кварков при распаде нейтрона имеет до сих пор непроработанный всесторонне статус.
(Продолжение следует...)