Здравствуйте!
В этом материале я хочу представить на Ваш суд свои возражения на кварковую модель. Согласно этой теории, все сильно взаимодействующие частицы (мезоны, барионы, резонансные частицы) состоят из особых «субчастиц» с дробными электрическими зарядами — кварков трёх типов, а также соответствующих античастиц (антикварков).
И казалось, где тут можно придраться? То что протон, нейтрон и все-все-все состоят из чего-то более мелкого - вполне логично. То что эти частицы назвали кварками - да ради Бога, называйте как хотите. То, что у них есть электрический заряд? Стоп - да, то что им приписывается электрический заряд уже требует доказательств. То, что заряд есть у протона ещё не значит наличие его у кварков. По закону диалектики заряд может приобретаться частицей как качественно новое свойство при переходе количества в новое качество. Утверждение же о наличии у кварков невесть откуда взявшегося цветового заряда конкретно требует доказательств, по той простой причине, что сам цветовой заряд нуждается в доказывании ибо до сих пор он нигде не наблюдался.
А что могло бы доказать всю эту кварковую теорию и какие реально имеются доказательства? Доказательства бывают двух видов - прямое и косвенное. И есть ещё "аргументы в пользу". Самый лучший способ - это прямое доказательство, в данном случае это экспериментально получить свободный кварк, выбив его из протона, и измерить его параметры. Но с этим неувязка - получить свободный кварк не получилось (хотя попытки были) и, если он всё-таки есть, то это очень странно. И сейчас объясню почему.
Для начала возьмём электрон. Электрон считается стабильным по теоретическим соображениям: электрон является наименее массивной частицей с ненулевым электрическим зарядом, поэтому его распад нарушил бы закон сохранения заряда. То есть более лёгкой заряженной частицы чем электрон просто нет - тут ему распадаться не на что, а уже распаду электрона на гамма-кванты и нейтрино препятствует наличие у него заряда, ибо у тех заряда просто нет. Тут на сцену выходит один из фундаментальных законов сохранения, который гласит, что сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется. А что же протон? А дело в том, что если протон состоит из заряженных кварков, то тут уже закон сохранения заряда его распаду не препятствует, ведь он просто распадётся кварки, которые и станут носителями этого заряда. То есть тут заряд никуда не исчезает - закон сохранения заряда не нарушается. Больше того - масса протона 938 (с копейками) МэВ, а масса составляющих его кварков около 9,4МэВ. То есть он в 100 раз тяжелее, чем якобы составляющие его кварки. И соответственно распад протона должен быть энергетически выгодным.
Согласитесь, что трудно расщепить частицу на составляющие её элементы, если сумма их масс больше чем собственно масса частицы. Но тут то наоборот и разница 100 кратная. А ведь все частицы, чья масса больше чем суммарная масса составляющих их частиц нестабильны и распадаются сами собой - к примеру все виды радиоактивного распада. И при этом чем больше эта разница - тем быстрее они распадаются (и частица-кандидат на бозон Хиггса тому пример). По хорошему тогда протон должен был бы просто моментально распадаться на кварки, выделяя при этом огромное количество энергии - порядка 928МэВ. Но нет - он ведёт себя как электрон, как будто его распаду препятствует имеющийся у него заряд. И ведь действительно - давайте предположим, что кварки всё-таки есть, но заряда у них нет. И тут всё вдруг сразу становится на свои места - тогда хоть что делай с протоном, но его распад будет запрещён законом сохранения заряда. Уточню, что я не настаиваю на том, что кварки электрически нейтральные - я просто рассуждаю и стараюсь быть объективным. Правда тогда кварковая теория в том виде в каком она есть сейчас вместе с квантовой хромо-динамикой оказывается неверна.
Хорошо. Но может есть хотя бы косвенные доказательства? И в качестве оных, нам предлагают следующее (я их пронумерую, чтобы в конце при подведении итогов было удобно на них ссылаться):
1) В 1960-х годах стало ясно, что все многочисленные адроны подчиняются более или менее простой классификации: сами собой объединяются в мультиплеты и супермультиплеты.
И что, где тут кварки? Где прямая логическая связь между якобы причиной и следствием? "Объединяются сами собой" - ой ли? Нет - как захотели так и объединили. И это точно никакое не доказательство, и если и аргумент, то непонятно в пользу чего.
2) Далее, при учёте спина оказалось, что каждой такой степени свободы можно приписать спин ½ и, кроме того, каждой паре кварков можно приписать орбитальный момент — словно они и есть частицы, которые могут вращаться друг относительно друга. Из этого предположения возникло стройное объяснение и всему разнообразию спинов адронов, а также их магнитных моментов.
Можно приписать? То есть можно приписать и другой спин и орбитальный момент. Из предположения возникло объяснение? То есть выводы делаются на основе предположений, а потом выдаются как доказательство? Кстати делать выводы на основе предположений признак шизофрении. Слишком много допущений - так что не доказательство и даже не аргумент в пользу.
3) С открытием новых частиц выяснилось, что никаких модификаций теории не требуется: каждый новый адрон удачно вписывался в кварковую конструкцию без каких-либо её перестроек (если не считать добавления новых кварков - то есть всё-таки перестроек).
Это не более чем интерпретация на основе кварковой модели, но никак не доказательство.
4) Как проверить, что заряд у кварков действительно дробный? Кварковая модель предсказывала, что при аннигиляции высокоэнергетических электрона и позитрона будут рождаться не сами адроны, а сначала пары кварк-антикварк, которые потом уже превращаются в адроны. Результат расчёта течения такого процесса напрямую зависел от того, каков заряд рождённых кварков. Эксперимент полностью подтвердил эти предсказания.
Как увы понятно утверждать, что в указанном эксперименте наблюдается пара кварк-антикварк нельзя по той простой причине что сами кварки не наблюдаются. Да и по факту там ничего не может наблюдается поскольку сам процесс аннигиляции протекает слишком быстро. При обычной аннигиляции электрон-позитронной пары просто образуется пара гамма-квантов. Но при высокоэнергетичной аннигиляции образуются уже адроны. А образование адронов тут объясняется образованием кварка и антикварка, которые каждый якобы подхватывает из вакуума ещё кварки и становятся адроном. Но - это объяснение именно в рамках самой кварковой модели, где адроны состоят из кварков. Сам вакуум из которого можно всегда "бесплатно" взять нужный кварк - тоже чисто гипотетическое явление. То есть тут в качестве доказательства теории выступают постулаты самой теории. Ну а по факту в эксперименте кварки и антикварки не наблюдаются.
5) С наступлением эры ускорителей высокой энергии стало возможным изучать распределение импульса внутри, например, протона. Выяснилось, что импульс в протоне не распределён равномерно, а частями сосредоточен в отдельных степенях свободы. Эти степени свободы назвали партонами. Более того, оказалось, что партоны, в первом приближении, обладают спином ½ и теми же зарядами, что и кварки. С ростом энергии оказалось, что количество партонов растёт, но такой результат и ожидался в кварковой модели при сверхвысоких энергиях.
Партон он же и есть кварк, и как тут было отмечено с ростом энергии растёт количество кварков в протоне. При этом все кварки обладают массой и электрическим зарядом. Но вот с ростом энергии масса и электрический заряд протона не меняется!
6) С повышением энергии ускорителей стало возможным также попытаться выбить отдельный кварк из адрона в высокоэнергетическом столкновении. Кварковая теория давала чёткие предсказания, как должны были выглядеть результаты таких столкновений — в виде струй.
То есть опять же не более чем интерпретация на основе кварковой модели и не более того, то есть не доказательство.
7) При высокоэнергетических столкновениях адронов вероятность того, что адроны рассеются на некоторый угол без разрушения, уменьшается с ростом величины угла. Эксперименты подтвердили, что, например, для протона скорость получается точно такая, какая ожидается для объекта, состоящего из трёх кварков.
Тут ключевое слово - ожидается. То есть предполагается на основе неких расчётов. Да - это может говорит в пользу кварковой теории. Но возможны и другие расчёты, дающие такие же результаты по совсем иным причинам. Это аргумент в пользу, но никак не доказательство. Да и аргумент откровенно слабый.
8) При столкновениях протонов с высокими энергиями экспериментально наблюдается аннигиляция кварка одного протона с антикварком другого протона с образованием пары мюон-антимюон (процесс Дрелла — Яна).
Ничего себе так заявление! А ничего что в протонах в принципе антикварков нет? И как вообще могло что-то наблюдаться учитывая размеры протонов? Напомню так же, что кварки в принципе на наблюдаются, в следствии чего вопрос - как могла наблюдаться пара кварк-антикварк?
Как видно все представленные пункты - это не доказательства, а не более чем интерпретации на основе кварковой модели. Как понятно - возможно и другие интерпретации.
И есть ещё одно типа доказательство - якобы наблюдалась кварк-глюонная плазма. Ну как наблюдалась... - разогнали и столкнули друг с другом ядра ксенона и в результате они очень сильно нагрелись - до нескольких триллионов градусов. По факту наблюдались просто чрезвычайно сильно нагретые атомные ядра, а назвали их кварк-глюонной плазмой, то есть выдали желаемое за действительное. И наблюдали это состояние в течении десятков йоктосекунды - это 10 в минус 24 степени секунды. Но дело в том, что процессы в промежутки времени порядка 10−2410-24 сек в силу соотношения неопределённости для энергии и времени принципиально не могут наблюдаться. То есть то, что получили даже пронаблюдать то не могли, не говоря уж изучить. Но все-равно отрапортовали о кварк-глюонной плазме.
Ладно. Но всё-таки какие-никакие, но аргументы в пользу кварковой теории всё-же есть. А какие есть доказательства, опровергающие кварковую теорию? О них разумеется молчат, но я то молчать не буду и представлю их. Итак - первое доказательство это уже озвученный факт того, что экспериментально получить свободный кварк не удалось. Согласитесь, что если бы теория звучала наоборот: что протон несоставная фундаментальная частица (я это не утверждаю, а просто привожу как пример), то тот факт, что он никакими воздействиями не расщепляется был бы прямым экспериментальным доказательством этого. Или если предположить, что кварки не имеют заряда - то хоть и косвенное, но тоже доказательство. А тот факт, что этому придумали объяснение (конфайнмент) говорит о том, что теорию просто подгоняют под эксперимент.
Второе доказательство - никогда и ни при каких обстоятельствах не наблюдаются частицы с дробным электрическим зарядом или зарядом больше чем 1 по модулю. Даже искусственно в ускорителях. Здесь уже никакой конфайнмент не поможет. Ведь скомпоновать кварки в частицу с дробным зарядом или больше 1 по модулю теоретически возможно. Пусть бы это был редкий случай, но ведь в ускорителе это возможно. Ну вот например гипотетическая частица с кварковой формулой uuu - получится заряд +2. Но её нет. Ну хорошо, может быть нельзя чтобы все кварки были одинаковые? Ок - тогда вот такой вариант: uud-. Получится заряд +1 2/3. И присутствие в формуле антикварка ничего не нарушает. И таких формул можно составить множество, особенно если включить сюда частицы, состоящие из 2, 4 и 5 кварков. Но нет - таких частиц не наблюдается. А ведь получи такие частицы и это было бы пусть косвенным, но доказательством. Но вот невозможность их получения является прямым доказательством того, что кварковая теория неверна. И ведь это достаточно.
Это повествование было бы не полным без t-кварка. Встречайте t-кварк — кварк с зарядом +(2/3)e, принадлежащий к третьему поколению. Открыт в 1994-1995 годах на коллайдере Теватрон. Имеет массу примерно 173ГэВ, время жизни 5*10-25.
Ну давайте по пунктам и по фактам. Факт первый: не открыт - а искусственно синтезирован, и не надо подменять понятия, это разные вещи. Масса 173ГэВ, а время жизни 5*10-25: и вот почему пришлось искусственно синтезировать, и это второй факт - его просто не существует в природе и вне лабораторных условий у него просто нет шансов на появление. И если даже удалось зафиксировать на ускорителе всплеск массы, то измерить его свойства за 5*10-25с, что если помните в принципе ниже порога обнаружения, уж точно было не возможно. И это третий факт - свойства ему просто приписали, причём какие сами захотели. И из этого вытекает четвёртый факт - нет никаких объективных данных считать эту частицу именно кварком (поскольку реально её свойства не известны это может быть что угодно), её просто так назвали, выдав желаемое за действительное. Но при этом заявляется, что открытие t-кварка окончательно подтвердило реальность кварков.
Окончательно подтвердило говорят? А я попробую окончательно опровергнуть. Его массу и время я рассмотрел, что осталось? Заряд +2/3... То есть у него есть заряд и он моментально распадается. А ещё ввиду короткого времени жизни он не успевает после возникновения адронизоваться (стать частью адрона) и ведёт себя как «голый» кварк. А на что он распадается? Нас уверяют, что на W бозон и b-кварк. Но получается, что после распада t-кварка должен получится другой свободный кварк (не принципиально даже какой именно)! Но ведь он не может наблюдаться в свободном виде! А тут на тебе - пожалуйста. А почему тогда он всё-таки не наблюдается? Ну пусть предположим, что наблюдениям мешает W-бозон который распадается на пару каких-то кварков - даже не важно каких. Что кстати совершенно не обязательно, то есть всё-таки должен был бы наблюдаться свободный кварк. Все равно какие бы распады и превращения не происходили, в результате этих превращений по закону сохранения заряда в итоге должна получится частица с дробным зарядом +2/3 или две частицы: одна с зарядом +1 и другая с дробным зарядом -1/3! Причём абсолютно стабильные - не просто где-то там типа были какие-то струи! Но и этого не наблюдается! И это при том, что t-кварк впервые был получен в далёком 1994 году. Уж с тех пор то должны были получить если не свободный и полностью стабильный кварк, то хотя бы частицу с дробным электрическим зарядом раз что-то из этого неизбежно получается в результате распада t-кварка. Но нет - ничего этого не получено до сих пор! Подведу итоги. Кварковая теория, которая нам преподносится как нечто само собой разумеющееся, на самом деле не может похвастаться наличием не только прямых доказательств, но даже косвенных. В качестве доказательств приводятся интерпретации на основе самой кварковой модели.
При этом есть прямые экспериментальные доказательства, что кварковая теория в современном её виде не верна - то что в принципе не существуют кварки в свободном виде и не существуют частицы с дробным электрическим зарядом. Но это настойчиво игнорируется и где надо придумываются костыли (такие как конфайнмент).
И при этом уже сейчас разрабатываются теории, основанные на кварковой модели. Основываясь на ошибочной теории они по определению приведут к совершенно абсурдным выводам, уводящим нас всё дальше и дальше от истины...
Так же с этим материалом можно ознакомиться здесь:
