После того как ученые обнаружили в нуклонах кварки встал вопрос: а как же эти кварки держатся в нуклонах и не разваливаются на части?
Если в нейтроне заряды сбалансированные, то в протоне положительный заряд преобладает и по идее кварки должны расталкиваться и протон должен распадаться на части. Но как убеждает нас наука все наоборот. Нейтрон распадается, но не на кварки, а на протон, электрон и нейтрино. Этот электрон с нейтрино находились в нейтроне где-то в уголочке и вроде бы должны были добавлять свой заряд в заряд нейтрона, но ни опыт, ни математика этого не показывает, значить и говорить об этом не следует.
Также понятно, что электрон и нейтрино не могут хранится в каком-нибудь кварке, так как кварки причислены к фундаментальным, не делимым, без структурным частицам. От кварка нельзя отщипнуть ни малейшего кусочка. А то как же получится: кварк элементарная частица, а его кусочек будет еще элементарнее. Как-то не кругло.
Ну так как же кварки держатся в одной системе?
Почитаем книгу, рекомендованную для чтения и изучения студентам Московского государственного университета. Книга написана Н. Г. Гончаровой, Б. С. Ишхановым и И. М. Капитоновым. Вот ее координаты: http://chembaby.ru/wp-content/uploads/2017/10/Н.-Г.-Гончарова-Б.С.-Ишханов-И.М.-Капитонов-Частицы-и-атомные-ядра.pdf.
На странице 32 читаем: “Кварки в свободном состоянии не наблюдаются. Они всегда входят в состав адронов и считаются точечными (бесструктурными) частицами”.
Это положение физики студент должен помнить, как “Отче наш”. И, наверное, также должен еще и понимать его. Но как можно понять частицу точечной? Что такое точка?
Ну посмотрите на табличку стандартной модели. Видите, как различаются массы у кварков: от 2.3 МэВ до 173.07 ГэВ? Это не я писал. Это ученые вычисляли и писали. И что? Это все точки? Да они отличаются друг от друга в десятки тысяч раз. Ну хорошо – пусть будут материальные точки.
А сделаны они из одного и того же, как говорят, теста? Или для каждого кварка и, соответственно, антикварка есть свой собственный субстрат?
И самое сложное – это, как понять бесструктурность? Что это? На уровне кварков существует нечто подобие жевательной резинки. Тянется и вытягивается в тонкую ниточку. Я не могу себе представить сплошную бесшовную среду. Может быть, потому что я не был отличником? Если есть такие, которые представляют себе это – поделитесь.
Дальше авторы книги пишут:
“Свободные глюоны (как и кварки) не существуют: они «заперты» внутри бесцветных адронов. Это явление носит название конфайнмента (confinement)”. (стр. 34).
Ну почему ученые так привольно обращаются со словами? Ведь очевидно, что если есть нутро, то должна быть и наружность. Раз адрон состоит из кварков и глюонов, то это его нутро и наружность одновременно. Правда каждый представляет эту конструкцию по-разному.
Например, одни, как на рисунке 2а, а другие, как на рисунке 2в. Они “запирают” друг друга в случае 2в и держат друг друга в случае 2а. Они держат друг друга с такой силой, что ее пришлось назвать сильным взаимодействием. Вот как описывается это взаимодействие в данной книге:
“Сильное взаимодействие кварков («цветные» силы) обладает особой зависимостью величины сил от расстояния между кварками: силы увеличиваются с увеличением расстояния. На малых расстояниях, т. е. внутри адрона, силы взаимодействия между кварками невелики, что соответствует асимптотической свободе кварков в адроне. На больших расстояниях межкварковые силы столь велики, что связь между кварками не удается разорвать. Поэтому свободные кварки (и глюоны) не наблюдаются: они «заперты» внутри бесцветных адронов (confinement). Если в процессах взаимодействия элементарных частиц рождается кварк-антикварковая пара, то каждый из кварков сразу подхватывает себе партнеров из «моря» окружающих виртуальных частиц — физического вакуума — и образует адрон. Обычно энергии каждого из кварков хватает на образование не одного, а нескольких адронов”. (стр. 47).
Вот как это все понимать? “…рождается кварк-антикварковая пара” – что это значит? Как расшифровать эту мысль? Допустим рождаются кварк u и антикварк u с чертой. Они что рождаются сразу с глюоном и кварком u или с кварком d? Они же не могут существовать свободно. Дай им возможность просуществовать свободно хоть малейший миг, они тут же найдут условия при которых будут свободными вечно.
Легко сказать – рождается. А из чего рождается? Элементарных частиц? Каких элементарных частиц? Это из электронов и ядер, которые Джером Фридман, Генри Кендалл и Ричард Тейлор сталкивали в ускорителе? Масса электрона 0,5 МэВ. Даем ему в ускорителе добавок кинетической энергии на 1,8 МэВ, чтобы получить энергию кварка u в 2,3 МэВ. Тогда при взаимодействии, проще столкновении, этого ускоренного электрона и какого-нибудь кварка или глюона в ядре, произойдет превращение кинетической энергии электрона в субстрат кварка. Субстрат электрона как-то смешается с субстратом, полученным из кинетической энергии, и образуется субстрат кварка. Само собой, понимается, что этот субстрат уже не делим. Так это надо понимать или как?
Может быть это и так, но откуда появляется антикварк? Среди ускоряемых электронов нет ни позитронов, ни антиэлектронов. В облучаемом веществе, кроме глюонов, тоже вроде нет никаких анти. Но глюоны должны состоят из субстрата отличного от субстрата кварков. Они не могут быть неделимыми.
Вот что пишут в статье http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e044.htm.
“Так как глюоны обладают цветовым зарядом, то в отличие от электрически нейтральных фотонов, для них возможны процессы испускания (поглощения) глюоном глюона (рис. а) и рассеяния глюона на глюоне (рис. б).
Рис. Процессы с участием только глюонов.
Взаимодействие глюонов и кварков ответственно за удержание кварков внутри адрона. Особенности этого взаимодействия таковы, что величина (константа) сильного взаимодействия растет с увеличением расстояния между кварками.
Экспериментально глюоны наблюдались в виде узких адронных струй, возникающих при взаимодействии частиц высоких энергий”.
Как видите глюоны ведут себя более-менее логично: что-то испускают или поглощают, взаимодействуют между собой и ведут себя как пружина или резина, которая может намертво прикрепляться к железобетонному не делимому кварку. Этим он и склеивает два кварка в неразрывную конструкцию.
Но немножко тревожит то, что ученые почему-то ничего не рассказывают о физическом содержании (субстрате) этих частиц. Открыли 6 кварков и 6 антикварков, как утверждают, экспериментально, а чем они отличаются друг от друга ничего не объясняют.
Табличка стандартной модели показывает, что кварки отличаются только массой, да частично зарядами. Если субстрат массы и заряда одинаков, то почему же кварки нельзя делить на куски? Возникает структура, как структура воды из одинаковых молекул.
Если субстрат кварков разный, то естественно и глюон (“клей”) должен быть разным. Природа еще не изобрела клей “момент”, который может клеить все.
По этой причине и глюонов, согласно табличке 2, 9 штук, но один из этих глюонов ничего не клеит, как говорят ученые, не переносит взаимодействие, потому что он белый. Работают только 8 глюонов. Как кварки находят свои глюоны или, наоборот, глюоны находят требуемые кварки, науке пока не известно, ибо об этом нигде не говорится.
Возвратимся к цитате из книги (стр. 47). После того, как мы силовым образом вырвали из адрона то ли отдельный кварк, то ли кварк с какой-то нагрузкой, сразу же обнаруживаем, что “каждый из кварков сразу подхватывает себе партнеров из «моря» окружающих виртуальных частиц — физического вакуума — и образует адрон”.
Сразу же можно сказать, что вытащить из адрона больше одного кварка проблематично. Кварк через глюон связан с другим кварком, а этот кварк через глюон связан с третьим кварком и так далее. Почему первая связь должна быть сильнее следующей? Нам это неизвестно, и мы должны считать константу связи одинаковой для всех связей. По крайней мере хотя бы случайно мы должны иногда вытаскивать и одиночный кварк, что запрещено наукой.
Не лучшим образом состоит дело и с “морем”. У нас уже давно обнаружено “море Дирака” с электрон-позитронными парами. Теперь понадобилось “море кварко-глюонное”. Не давно добавилось “море бозонов Хиггса”. Похоже скоро добавиться и “море струн”. Не природа, а какой-то Хоттабыч, раздающий по мячу каждому игроку в футбол.
Результатом такого увеличения количества адронов является процесс появления струй. Вот что пишется в книге на странице 48.
“Эти адроны имеют суммарный импульс, равный импульсу породившего их кварка, и движутся в узком конусе в направлении, в котором летел породивший их кварк. Такую группу адронов называют струей (jet). Кварки, образованные в соударениях частиц высоких энергий, проявляются в рождении струй адронов. Процесс рождения адронных струй был использован для доказательства существования квантового числа цвет”.
Так вот следы этих струй оказались видны в измерительной камере. Рисунок 4. Эти следы и доказывают экспериментально, что существует квантовое число цвет или иначе глюоон. А откуда взялись струи? Да вот же откуда.
“Обычно энергии каждого из кварков хватает на образование не одного, а нескольких адронов”. (стр. 47).
Других никаких экспериментальных доказательств глюона я, например, не обнаружил. Может плохо искал.
Я не полностью доверяю этой теории строения адронов, как видите у меня к ней много вопросов, но некоторые верят в эту теорию и пытаются объяснить ее со своей точки зрения.
