Пользуясь названиями элементарных частиц из которых состоят. Кварки и восьмеричный путь. Адроны - бесцветные образования цветных кварков

Еще не открытые элементы

Не правда ли удивительно: элементы еще не открыты, а мы уже пытаемся о них рассказать? Но такова наука. Прежде чем начать путешествие в страну неизвестного, ученый намечает путь, используя существующие теоретические представления. Вот о таком еще не пройденном пути в область далеких трансурановых элементов-"сверхэлементов" - будет идти наш рассказ. Окажется ли этот путь прямым и путешествие пройдет без приключений, или встретятся непредвиденные препятствия, покажут будущие эксперименты, в которых, быть может, примут участие и сегодняшние школьники - читатели этой статьи.

Открытие и изучение химических свойств курчатовия (элемент 104) позволяет предсказать химические свойства и даже ориентировочно время жизни элементов 105, 106, 107... Но каковы детальные ядерные свойства (характеристики) этих элементов или элементов с порядковым номером 114- 126? У ученых есть и на этот счет рассуждения и теории.

Все известные трансурановые элементы, кроме 104-го - курчатовия, входят в ряд актиноидов. У этих элементов химические свойства сходны со свойствами лантаноидов - элементов редкоземельного ряда. Уже удалось изучить химию 102-го и 103-го элементов. Опыты, выполненные в Дубне, с несомненностью показали, что курчато-вий - аналог гафния. Основываясь на этих опытах, можно с большей уверенностью предсказывать химические свойства еще не открытых далеких элементов. Теперь, если взглянуть на рисунок 1, станет ясно, что элемент 105 должен быть химическим аналогом тантала, 106 - вольфрама, 107 - рения, и так до 118-го, который должен быть сверхтяжелым благородным газом. (Попробуйте вычислить плотность этого газа при нормальных условиях. Атомный вес 118-го элемента можно считать равным 300.) Элементы 119, 120 и 121 помещены в клетках под францием, радием и актинием и сходны с ними по химическим свойствам. После 121-го начинается третий ряд, элементы которого аналогичны в химическом отношении элементам

лантаноидного и актиноидного рядов. Эти выводы мы делаем, основываясь на периодическом законе Д. И. Менделеева.
Ядерные свойства еще не открытых элементов предвидеть значительно сложнее. А ведь именно ядерными свойствами определяется время жизни элемента, а значит, во многом и возможность его изучения.
Давайте вспомним, что это такое "время жизни". (Здесь речь идет о среднем времени жизни. Но для краткости всюду мы будем писать просто "время жизни".) Все трансурановые элементы нестабильны. Их изотопы распадаются, испуская альфа-частицы (ядра гелия), или делятся на два примерно одинаковых по массе ядра путем самопроизвольного (спонтанного) деления, причем ядра одного и того же изотопа могут и делиться спонтанно, и испускать альфа-частицы. Так, у калифорния-252 из 30 распавшихся ядер в среднем 29 распадаются путем альфа-распада, а одно делится спонтанно. Время жизни изотопа элемента т определяется величиной
где п - число ядер, распадающихся за
единицу времени всеми способами распада, a iV0 - общее количество ядер распадающегося изотопа в момент времени, когда измеряется величина п. Если время жизни изотопа то период его полураспада 0,693 т.
Время жизни 105, 106, 107-го и других элементов, недалеко отстоящих от курчатовия, можно оценить, основываясь на уже известном значении периода полураспада изотопа курчатовий-260, равного 0,3 сек. Так, время жизни изотопов 105-го элемента порядка 0,01 сек, а 106-го и 107-го - порядка 0,001 сек. Изучить изотопы элементов за такое короткое время очень сложно. Но основные трудности связаны с тем, что во время опыта получается очень мало таких ядер - значительно меньше, чем ядер 104-го элемента. Может оказаться, что трудности, которые мы встретим на этом пути, окажутся совершенно непреодолимыми, начиная уже со 107-го - 108-го элементов. Означает ли это, что проблема исследования трансурановых элементов зайдет в тупик?..
Посмотрим внимательно на таблицу периодического закона (рис. 1). За 83-м элементом - висмутом идут полоний, астатин, радон и другие элементы с очень коротким временем жизни их изотопов. Но изотопы более тяжелых элементов - тория, урана, плутония оказываются значительно устойчивее и время их жизни значительно длительнее.
Вот как идет кривая времени жизни тяжелых элементов (рис. 2): после резкого спада за висмутом время жизни тяжелых элементов возрастает (торий, уран, плутоний), а затем вновь убывает (америций, кюрий, ..., 102-й, 103-й, курчатовий). Будет ли новый подъем? Существуют ли долгоживущие элементы с атомным номером, большим 104-го?
Еще на заре ядерной физики - в начале 30-х годов - была замечена странная закономерность: атомные ядра, в которых число протонов или нейтронов равнялось 2, 8, 20, 28, 50, 82 или 126, отличались высокой стабильностью (устойчивостью). Эта закономерность подтверждалась не только физическими экспериментами, но и анализом распространенности разных элементов в природе (по распространенности можно судить о том, насколько стабилен тот или иной элемент). Оказалось, что природные запасы таких элементов, как олово с 50 протонами в ядре, барий с 82 нейтронами и свинец, в ядре которого 82 протона, значительно больше, чем запасы их "соседей" по периодической системе. В то время эти факты не нашли объяснения, и такие числа протонов и нейтронов физики стали в шутку называть магическими. Это название осталось и до нашего времени. Тогда же было отмечено, что если и число протонов, и число нейтронов равны магическим числам, то ядро отличается особо высокой устойчивостью. Примером такого

дважды магического ядра может служить ядро изотопа свинец-208, которое содержит 126 нейтронов и 82 протона.
Современной теории удалось объяснить закономерности образования магических чисел. Оказывается, как и атомные электроны, нуклоны в атомных ядрах образуют нейтронные и протонные оболочки. Строение ядерных оболочек совсем иное, чем электронных, но наиболее устойчивы ядра тех
изотопов, у которых нейтронные и протонные оболочки заполнены. "Сверхэлементом", у которого может существовать дважды магическое ядро, будет 126-й элемент. Ядро дважды магического изотопа этого элемента должно содержать 184 нейтрона. Это магическое число было вычислено теоретически. В области атомного номера 126 поэтому можно ожидать появления изотопов со временем жизни, достаточным для изучения их свойств. Но как долго будут жить такие изотопы - дни, месяцы, годы, пока предсказать невозможно. Ожидается еще одна область стабильных изотопов около атомного номера 114.
Перед учеными встают большие трудности, когда требуется определить свойства таких далеких элементов, как 114 или 126. Еще нет абсолютной уверенности, что вообще должны существовать области стабильности. Но тем интереснее поиск. Ведь в случае, если области стабильности не будут обнаружены, придется во многом пересмотреть современные представления о структуре ядра. Если же предсказание о существовании новых областей стабильности элементов оправдается, то это не только откроет новые перспективы для исследований свойств трансурановых элементов, но и внесет большой вклад в ядерную физику, подтвердив существующие представления о строении ядра.
Посмотрим, что нужно сделать, чтобы проверить эти теоретические предсказания. Попробуем попасть в область 114-го элемента. Для этого необходимо слить два сложных ядра и "перешагнуть" сразу через многие клетки таблицы периодического закона. Самый тяжелый элемент, облучая ядра которого можно получить 114-й элемент,- кюрий. Более далекие элементы трудно использовать из-за их высокой активности. Заряд ядра кюрия - 96.

96 + 18 = 114.

Значит, если слить с ядром кюрия ядро аргона (заряд 18), получится 114-й элемент, а чтобы получить ядро 126-го элемента, облучая торий, нужны ускоренные ядра криптона. Вот ядерная реакция, в которой можно получить ядро 126-го элемента:

90Th232 + збКг82 126310 + 4п.

Элемент 114 - химический аналог свинца, а 126-й входит в третий, редкоземельный ряд. Этот элемент - аналог плутония (рис. 1).
Чтобы шел процесс слияния ядер тория и криптона, скорость ядра криптона должна быть порядка 20 ООО км/сек - в 2500 раз больше скорости искусственного спутника Земли. Самый мощный циклотрон в мире, установленный в Лаборатории ядерных реакций в Дубне, не ускоряет ионы криптона до таких скоростей. Чтобы совершить прыжок через пропасть нестабильности, необходимо построить еще более мощные ускорители. Нужно сделать и многое другое. Так, очень трудной и важной задачей будет создание источника ионов криптона, которые необходимо вводить в циклотрон для ускорения. Эти работы ведутся в Советском Союзе, Франции, США.
Есть и другой путь получения элементов, лежащих в предполагаемых областях стабильности. Это облучение урана ядрами урана, ускоренными до энергий, позволяющих ядрам урана слиться между собой в промежуточное ядро. Заряд такого промежуточного ядра будет равен 184, а массовое число- 476. Мы уже знаем (см. ст. "104-й - курчатовий"), что даже более легкие составные ядра, полученные, например, при бомбардировке урана неоном, как правило, делятся. А такой тяжелый снаряд, как ядро урана, вносит в составное ядро настолько большую энергию возбуждения, что все без исключения составные ядра будут делиться. И среди осколков этого гигантского составного ядра могут оказаться ядра далеких трансурановых элементов, в частности и 114-й и 126-й элементы. Вот пример такой возможной реакции:

92U233+82U238^1841 1 -0Yb16e+12 п.

Чтобы осуществить такую реакцию, необходимо получить пучки ускоренных ядер урана большой интенсивности. Для этого потребуется циклотрон с диаметром полюсных наконечников не менее 10 м и весом в десятки тысяч тонн. Построить такой ускоритель - довольно трудная задача, но она под силу инженерам и ученым, и думается, в недалеком будущем ускорители урана будут созданы. Удастся ли синтезировать и изучить химические свойства 114-го или 126-го элемента в ближайшие годы? Это настолько сложная задача, что сам по себе напрашивается отрицательный ответ. Но ведь совсем недавно не менее фантастической казалась задача исследования химических свойств курчатовия.

В.И. Кузнецов

Размещение фотографий и цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.

Частицы в составе атомного ядра состоят из еще более фундаментальных частиц — кварков.

На протяжении двух последних веков ученые, интересующиеся строением Вселенной, искали базовые строительные блоки, из которых состоит материя, — самые простые и неделимые составляющие материального мира. Атомная теория объяснила всё многообразие химических веществ, постулировав существование ограниченного набора атомов так называемых химических элементов, объяснив природу всех остальных веществ через различные их сочетания. Таким образом, от сложности и многообразия на внешнем уровне ученым удалось перейти к простоте и упорядоченности на элементарном уровне.

Но простая картина атомного строения вещества вскоре столкнулась с серьезными проблемами. Прежде всего, по мере открытия всё новых и новых химических элементов стали обнаруживаться странные закономерности в их поведении, которые, правда, удалось прояснить благодаря вводу в научный обиход периодической системы Менделеева . Однако представления о строении материи всё равно сильно усложнились.

В начале XX столетия стало ясно, что атомы отнюдь не являются элементарными «кирпичиками» материи, а сами имеют сложную структуру и состоят из еще более элементарных частиц — нейтронов и протонов, образующих атомные ядра, и электронов, которые эти ядра окружают. И снова усложненность на одном уровне, казалось бы, сменила простота на следующем уровне детализации строения вещества. Однако и эта кажущаяся простота продержалась недолго, поскольку ученые стали открывать всё новые и новые элементарные частицы . Труднее всего было разобраться с многочисленными адронами — тяжелыми частицами, родственными нейтрону и протону, которые, как оказалось, во множестве рождаются и тут же распадаются в процессе различных ядерных процессов.

Более того, в поведении различных адронов были обнаружены необъяснимые закономерности — и из них у физиков стало складываться некое подобие периодической таблицы. Использовав математический аппарат так называемой теории групп , физикам удалось объединить адроны в группы по восемь — два типа частиц в центре и шесть в вершинах правильного шестиугольника. При этом частицы из каждой восьмеричной группы, располагающиеся на одном и том же месте в таком графическом представлении, обладают рядом общих свойств, подобно тому как схожие свойства демонстрируют химические элементы из одного столбца таблицы Менделеева, а частицы, расположенные по горизонтальным линиям в каждом шестиугольнике, обладают приблизительно равной массой, но отличаются электрическими зарядами (см. рисунок). Такая классификация получила название восьмеричный путь (в честь одноименной доктрины в буддистской теологии). В начале 1960-х годов теоретики поняли, что такую закономерность можно объяснить лишь тем, что элементарные частицы на самом деле таковыми не являются, а сами состоят из еще более фундаментальных структурных единиц.

Эти структурные единицы назвали кварками (слово позаимствовано из замысловатого романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану»). Эти новые обитатели микромира оказались существами весьма странными. Для начала, они обладают дробным электрическим зарядом: 1/3 или 2/3 заряда электрона или протона (см. таблицу). А далее, по мере развития теории, выяснилось, что отдельно их не увидишь, поскольку они вообще не могут пребывать в свободном, не связанном друг с другом внутри элементарных частиц состоянии, и о самом факте их существования можно судить только по свойствам, проявляемым адронами, в состав которых они входят. Чтобы лучше понять этот феномен, получивший название пленение или заточение кварков , представьте, что у вас в руках длинный эластичный шнур, каждый конец которого представляет собой кварк. Если приложить к такой системе достаточно энергии — растянуть и порвать шнур, то он порвется где-то посередине, и свободного конца вы не получите, а получите два резиновых шнура покороче, и у каждого из них опять окажется два конца. То же и с кварками: какими бы энергиями мы ни воздействовали на элементарные частицы, стремясь «выбить» из них кварки, нам этого не удастся — частицы будут распадаться на другие частицы, сливаться, перестраиваться, но свободных кварков мы не получим.

Сегодня, согласно теории, предсказывается существование шести разновидностей кварков, и в лабораториях уже открыты элементарные частицы, содержащие все шесть типов. Самые распространенные кварки — верхний , или протонный (обозначается u — от английского up , или p — proton ) и нижний , или нейтронный (обозначается d — от down , или n — от neutron ), поскольку именно из них состоят единственные по-настоящему долгоживущие адроны — протон (uud ) и нейтрон (udd ). Следующий дублет включает странные кварки s (strange ) и очарованные кварки с (charmed ). Наконец, последний дублет состоит из красивых и истинных кварков — b (от beauty , или bottom ) и t (от truth , или top ). Каждый из шести кварков, помимо электрического заряда, характеризуется изотопическим (условно направленным) спином . Наконец, каждый из кварков может принимать три значения квантового числа, которое называется его цветом (color ) и обладает ароматом (flavor ). Конечно же, кварки не пахнут и не имеют цвета в традиционном понимании, просто такое название сложилось исторически для обозначения их определенных свойств (см. Квантовая хромодинамика).

Стандартная модель останавливается на уровне кварков в детализации строения материи, из которой состоит наша Вселенная; кварки — самое фундаментальное и элементарное в ее структуре. Однако некоторые физики-теоретики полагают, что «луковицу можно лущить и дальше», но это уже чисто умозрительные построения. По моему личному мнению, Стандартная модель правильно описывает строение вещества, и хотя бы в этом направлении наука дошла до логического завершения процесса познания.

В котором есть информация о том, что все элементарные частицы, входящие в состав любого химического элемента, состоят из различного числа неделимых фантомных частичек По, мне стало интересно, почему же в докладе не говорится о кварках, ведь традиционно считается, что именно они являются структурными элементами элементарных частиц.

Теория кварков уже давно стала общепризнанной среди учёных, которые занимаются исследованиями микромира элементарных частиц. И хотя в самом начале введение понятия «кварк» было чисто теоретическим допущением, существование которого лишь предположительно подтвердилось экспериментально, на сегодняшний день этим понятием оперируют как непреклонной истинной. Учёный мир условился называть кварки фундаментальными частицами, и за несколько десятилетий это понятие стало центральной темой теоретических и экспериментальных изысканий в области физики высоких энергий. «Кварк» вошёл в программу обучения всех естественнонаучных ВУЗов мира. На исследования в данной области выделяются огромные средства - чего только стоит строительство Большого адронного коллайдера. Новые поколения учёных, изучая теорию кварков, воспринимают её в том виде, в каком она подана в учебниках, практически не интересуясь историей данного вопроса. Но давайте попробуем непредвзято и честно посмотреть в корень «кваркового вопроса».

Ко второй половине XX века, благодаря развитию технических возможностей ускорителей элементарных частиц - линейных и круговых циклотронов, а затем и синхротронов, учёным удалось открыть множество новых частиц. Однако что делать с этими открытиями они не понимали. Тогда была выдвинута идея, исходя из теоретических соображений, попытаться сгруппировать частицы в поисках некоего порядка (подобно периодической системе химических элементов - таблице Менделеева). Учёные условились тяжелые и средние по массе частицы назвать адронами , а в дальнейшем их разбить на барионы и мезоны . Все адроны участвовали в сильном взаимодействии. Менее тяжелые частицы, назвали лептонами , они участвовали в электромагнитном и слабом взаимодействии . С тех пор физики пытались объяснить природу всех этих частиц, стараясь найти общую для всех модель, описывающую их поведение.

В 1964 году американские физики Мюррей Гелл-Ман (Лауреат Нобелевской премии по физике 1969 г.) и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили новый подход. Было выдвинуто чисто гипотетическое предположение, что все адроны состоят из трёх более мелких частиц и соответствующих им античастиц. И Гелл-Ман назвал эти новые частицы кварками. Занимательно, что само название он позаимствовал из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану», где герою во снах часто слышались слова о таинственных трёх кварках. То ли Гелл-Ман слишком эмоционально воспринял этот роман, то ли ему просто нравилось число три, но в своих научных трудах он предлагает ввести в физику элементарных частиц первые три кварка, получившие названия верхний (и — от англ. up), нижний (d — down) и странный (s — strange), обладающие дробным электрическим зарядом + 2 / 3 , — 1 / 3 и — 1 / 3 соответственно, а для антикварков принять, что их заряды противоположны по знаку.

Согласно данной модели протоны и нейтроны, из которых, как предполагают учёные, состоят все ядра химических элементов, составлены из трёх кварков: uud и udd соответственно (снова эти вездесущие три кварка). Почему именно из трёх и именно в таком порядке не пояснялось. Просто так придумали авторитетные научные мужи и всё тут. Попытки сделать теорию красивой не приближают к Истине, а лишь искривляют и без того кривое зеркало, в котором отражена Её частичка. Усложняя простое, мы отдаляемся от Истины. А всё так просто!

Вот так строится «высокоточная» общепризнанная официальная физика. И хотя изначально введение кварков предлагалось в качестве рабочей гипотезы, но спустя короткое время эта абстракция плотно вошла в теоретическую физику. С одной стороны, она позволила с математической точки зрения решить вопрос с упорядочиванием обширного ряда открытых частиц, с другой же, оставалась лишь теорией на бумаге. Как обычно это делается в нашем потребительском обществе, на экспериментальную проверку гипотезы существования кварков было направленно очень много человеческих сил и ресурсов. Средства налогоплательщиков расходуются, людям надо о чём-то рассказывать, отчёты показывать, говорить о своих «великих» открытиях, чтобы получить очередной грант. «Ну раз надо, значит сделаем», - говорят в таких случаях. И вот это случилось.

Коллектив исследователей Стэнфордского отделения Массачусетского технологического института (США) на линейном ускорителе занимался изучением ядра, обстреливая электронами водород и дейтерий (тяжёлый изотоп водорода, ядро которого содержит один протон и один нейтрон). При этом измерялись угол и энергия рассеяния электронов после столкновения. В случае малых энергий электронов рассеянные протоны с нейтронами вели себя как «однородные» частицы, слегка отклоняя электроны. Но в случае с электронными пучками большой энергии отдельные электроны теряли значительную часть своей начальной энергии, рассеиваясь на большие углы. Американские физики Ричард Фейнман (Лауреат Нобелевской премии по физике 1965 г. и, кстати, один из создателей атомной бомбы в 1943-1945 годах в Лос-Аламосе) и Джеймс Бьёркен истолковали данные по рассеянию электронов как свидетельство составного устройства протонов и нейтронов, а именно: в виде предсказанных ранее кварков .

Обратите, пожалуйста, внимание на этот ключевой момент. Экспериментаторы в ускорителях сталкивая пучки частиц (не единичные частицы, а пучки!!!), набирая статистику(!!!) увидели, что протон и нейтрон из чего-то там состоят. Но из чего? Они ведь не увидели кварки, да ещё и в числе трёх штук, это невозможно, они просто увидели распределение энергий и углы рассеяния пучка частиц. А поскольку единственной на то время теорией строения элементарных частиц, хоть и весьма фантастической, была теория кварков, то и посчитали этот эксперимент первой успешной проверкой существования кварков.

Позже, конечно же, последовали и другие эксперименты и новые теоретические обоснования, но суть их одна и та же. Любой школьник, прочитав историю данных открытий, поймёт, насколько всё в этой области физики притянуто за уши, насколько все банально нечестно.

Вот так и ведутся экспериментальные исследования в области науки с красивым названием - физика высоких энергий. Давайте будем честными сами перед собой, на сегодняшний день не существует чётких научных обоснований существования кварков. Этих частиц просто нет в природе. Понимает ли хоть один специалист, что на самом деле происходит при столкновении двух пучков заряженных частиц в ускорителях? То, что на этой кварковой теории строилась так называемая Стандартная модель, которая якобы является самой точной и правильной, ещё ни о чём не говорит. Специалистам хорошо известны все изъяны этой очередной теории. Вот только почему-то об этом принято умалчивать. Но почему? «И самая большая критика Стандартной модели касается тяготения и происхождения массы. Стандартная модель не учитывает тяготения и требует, чтобы масса, заряд и некоторые другие свойства частиц измерялись опытным путем для последующей постановки в уравнения» .

Несмотря на это огромные средства выделяются на эту область исследований, вдумайтесь только, на подтверждение Стандартной модели, а не поиски Истины. Построен Большой адронный коллайдер (CERN, Швейцария), сотни других ускорителей по всему миру, выдаются премии, гранты, содержится огромный штат технических специалистов, но суть всего этого - банальный обман, Голливуд и не более. Спросите любого человека - какую реальную пользу обществу приносят эти исследования - никто вам не ответит, поскольку это тупиковая ветвь науки. С 2012 года заговорили об открытии бозона Хиггса на ускорителе в CERN . История этих исследований - это целый детектив, в основе которого всё тот же обман мировой общественности. Занимательно, что этот бозон якобы открыли именно после того, как зашла речь о прекращении финансирования этого дорогостоящего проекта. И дабы показать обществу важность этих исследований, оправдать свою деятельность, дабы получить новые транши на строительство ещё более мощных комплексов, сотрудникам CERN, работающим в этих исследования, и пришлось пойти на сделку со своей совестью, выдавая желаемое за действительное.

В докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» на этот счёт есть такая интересная информация: «Учёные обнаружили ча-стицу, предположительно похожую на бозон Хиггса (бозон был пред-сказан английским физиком Пите-ром Хиггсом (Peter Higgs; 1929), со-гласно теории, он должен обладать конечной массой и не иметь спина). На самом деле то, что обнаружили учёные, не является искомым бо-зоном Хиггса. Но эти люди, сами того ещё не осознавая, сделали действительно важное открытие и обнаружили гораздо большее. Они экспериментально обнаружили яв-ление, о котором подробно описа-но в книге «АллатРа» (примечание: книга «АллатРа», стр. 36 послед-ний абзац). .

Как же на самом деле устроен микромир материи? В докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» есть достоверная информация об истинном строении элементарных частиц, знания, которые были известны и древним цивилизациям, чему есть неопровержимые доказательства в виде артефактов. Элементарные частицы состоят из различного числа фантомных частичек По . «Фантомная частичка По ‒ это сгусток, состоящий из септонов, вокруг которого находится небольшое разреженное собственное септонное поле. Фантомная частичка По имеет внутренний потенциал (является его носителем), обновляющийся в процессе эзоосмоса. Согласно внутреннему потенциалу, фантомная частичка По имеет свою соразмерность. Самой наименьшей фантомной частичкой По является уникальная силовая фантомная частичка По ‒ Аллат (примечание: подробнее см. далее по докладу) . Фантомная частичка По ‒ это упорядоченная структура, находящаяся в постоянном спиралевидном движении. Она может существовать только в связанном состоянии с другими фантомными частичками По, которые в конгломерате образуют первичные проявления материи. Вследствие своих уникальных функций, является своеобразным фантомом (призраком) для материального мира. Учитывая, что из фантомных частичек По состоит вся материя, это задаёт ей характеристику иллюзорной конструкции и формы бытия, зависимой от процесса эзоосмоса (наполнения внутреннего потенциала).

Фантомные частички По являются нематериальным образованием. Однако в сцепке (последовательном соединении) между собой, выстроенные согласно информационной программе в определённом количестве и порядке, на определённом расстоянии друг от друга, они составляют основу строения любой материи, задают её разнообразие и свойства, благодаря своему внутреннему потенциалу (энергии и информации). Фантомная частичка По ‒ это то, из чего состоят в своей основе элементарные частицы (фотон, электрон, нейтрино и так далее), а также частицы-переносчики взаимодействий. Это первичное проявление материи в этом мире» .

Проведя после прочтения данного доклада такое небольшое исследование истории развития теории кварков и в целом физики высоких энергий, стало понятно, как всё-таки мало знает человек, если ограничивает своё познание лишь рамками материалистического мировоззрения. Одни допущения от ума, теория вероятности, условная статистика, договорённости и отсутствие достоверных знаний. А ведь люди порой на эти исследования тратят свои жизни. Уверен, что среди учёных и этой области физики есть множество людей, которые действительно пришли в науку не ради славы, власти и денег, а ради одной цели - познания Истины. Когда им станут доступны знания «ИСКОННОЙ ФИЗИКИ АЛЛАТРА», они сами наведут порядок и сделают действительно эпохальные научные открытия, которые принесут реальную пользу обществу. С выходом в свет этого уникального доклада сегодня открыта новая страница мировой науки. Теперь уже стоит вопрос не в знаниях как таковых, а в том, готовы ли сами люди к созидательному использованию этих Знаний. В силах каждого человека сделать всё возможное, чтобы все мы преодолели навязанный нам потребительский формат мышления и пришли к пониманию необходимости создания основ построения духовно-созидательного общества будущего в грядущую эпоху глобальных катаклизмов на планете Земля.

Валерий Вершигора

Ключевые слова: кварки, теория кварков, элементарные частицы, бозон Хиггса, ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА, Большой адронный коллайдер, наука будущего, фантомная частичка По, септонное поле, аллат, познание истины.

Литература:

Коккедэ Я., Теория кварков, М., Издательство «Мир», 340 с., 1969, http://nuclphys.sinp.msu.ru/books/b/Kokkedee.htm ;

Arthur W. Wiggins, Charles M. Wynn, The Five Biggest Unsolved Problems in Science, John Wiley & Sons, Inc., 2003 // Уиггинс А., Уинн Ч. «Пять нерешённых проблем науки» в пер. на русский;

Observation of an Excess of Events in the Search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC, 09 Jul 2012, CERN LHC, ATLAS, http://cds.cern.ch/record/1460439 ;

Observation of a new boson with a mass near 125 GeV, 9 Jul 2012, CERN LHC, CMS, http://cds.cern.ch/record/1460438?ln=en ;

Доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА» под ред. Анастасии Новых, 2015 г. ;

Нас очаровывают поэтические названии элементарных частиц, но в то же время их разнообразие вызывает у нас тихую грусть: как жаль, что мир не так прост и понятен, как представлял его себе Демокрит Абдерский. Главным достижением этого древнегреческого философа (около 460 г. до н. э. — ок. 370 г. до н. э.) было развитие учения Левкиппа об «атоме» — неделимой частице вещества, обладающей истинным бытием, не разрушающейся и не возникающей (атомистический материализм). Демокрит описал мир как систему атомов в пустоте, отвергая бесконечную делимость материи. Атомы, согласно этой теории, движутся в пустом пространстве (Великой Пустоте, как говорил Демокрит) хаотично, сталкиваются и, вследствие соответствия форм, размеров, положений и порядков, либо сцепляются, либо разлетаются. Образовавшиеся соединения держатся вместе и, таким образом, возникают сложные тела. Само же движение — свойство, естественно присущее атомам. Тела — это комбинации атомов. Разнообразие тел обусловлено как различием слагающих их атомов, так и различием порядка сборки, как из одних и тех же букв слагаются разные слова.

Свою частицу Демокрит называл «атомом», т. е. «неделимым». Придумывать названия элементарным частицам умеют и современные ученые.

Бозон

Класс частиц, часто ассоциирующихся с силами, т. е. они выступают носителями силы. Подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна и названы в честь индийского физика Шатьендраната Бозе (1894-1974 г.г.). Суффикс «-он» — греческий; еще сто лет назад его начали постоянно использовать для образования названий вновь обнаруженных частиц.

Фермион

Это тоже целый класс частиц, но они, в отличие от бозонов, подчиняются другой статистике, а именно статистике Ферми-Дирака, и обычно связаны не с силой, а с материей. Названы в честь американского физика итальянского происхождения Энрико Ферми (1901-1954 г.г.), которого наряду с Робертом Оппенгеймером считают одним из отцов атомной бомбы.

Глюон

Вид бозона, ответственный за сильное взаимодействие между кварками. При «обзывании» этих частиц в 1962 году Маррей Гелл-Манн обошелся без греческого языка, а воспользовался обычным английским словом «glue» («клей»), поскольку они как бы склеивают пары кварков в мезоны, а тройки кварков — в протоны и нейтроны атомного ядра. Гелл-Манн также создал термин «глюбол» («шарик глюонов»), коим обозначил гипотетические частицы, составленные из нескольких глюонов.

Нейтрино

Это не имеющие заряда частицы, которые образуются при определенных видах радиоактивного разложения. У них мизерная масса даже по меркам субатомных частиц. Само слово «нейтрино» означает по-итальянски «нейтральная частичка». Впервые о ее возможном существовании заявил в 1930 году Вольфганг Паули и назвал ее «нейтроном». Однако через три года Энрико Ферми переименовал частицу на итальянский манер, в «нейтрино», потому что к тому времени термином «нейтрон» (от латинского «нейтральный», т. е. без заряда) уже начали называть незаряженную крупную частицу, присутствующую в любом атомном ядре.

Электрон

Частица, имеющая неделимое количество отрицательного электрического заряда. Это название предложил в 1894 году ирландский физик Джордж Джонстон Стоуни (1826-1911 г.г.); ученый использовал древнегреческое слово, означающее «янтарь», поскольку естествоиспытатели еще в античной Греции заметили, что если потереть кусок янтаря шерстью, то он начинает притягивать мелкие предметы (поскольку, как мы говорим сегодня, «становится наэлектризованным»).

Мезон

Это частица, составленная из одного кварка и одного антикварка. Ее название происходит от греческого слова «meso», означающего «средний», поскольку мезоны, когда физики впервые их наблюдали и измерили их характеристики, имели массу, среднюю между массами электрона и нуклона (обобщенный термин для частиц, образующих атомное ядро, т. е. для протонов и нейтронов).

Мюон

Когда физикам, все же не имеющим такой же фантазии, как у лириков, не хватало поэтических образов, они называли вновь открытые частицы по буквам алфавита, правда, греческого. В данном случае за основу взята буква «мю» и добавлен уже традиционный в физике элементарных частиц греческий суффикс «-он». Сначала ученые думали, что эта частица является разновидностью мезона (мю-мезон, в отличие от, скажем, пи-мезона), но потом поняли свою ошибку и соответственно переименовали мю-мезон в мюон. Мезоны, как стало ясно со временем, не являются элементарными частицами, поскольку образованы из кварков, тогда как мюон — полноценная элементарная частица. Мюон был одной из частиц, с помощью которых ученые ЦЕРНа обнаружили бозон Хиггса. Исследователи использовали детектор, известный как «компактный мюонный соленоид», чтобы измерять энергию и импульс мюонов, фотонов, электронов и других частиц, возникающих при столкновении адронов на Большом адронном коллайдере.

(продолжение - в следующем номере)

Александр Заякин

К середине шестидесятых годов XX столетия, когда наряду с протоном и нейтроном было открыто несколько десятков «элементарных» частиц, стало ясно, что эти «элементарные» частицы состоят из более фундаментальных частиц. В 1964 г. Независимо друг от друга М. Гелл-Манн и Д. Цвейг предложили составную кварковую модель адронов.
Кварки объединяются в частицы, называемые адронами . Термин «адрон» происходит от греческого «хадрос» – сильный и отражает свойство адронов участвовать в сильных взаимодействиях. Адроны – связанные системы кварков и антикварков. Адроны существуют двух типов – барионы и мезоны.

Рис. 11.1. Типы адронов и их кварковый состав.

Квантовые числа кварков, образующих адрон, определяют квантовые числа адронов. Адроны имеют определенные значения электрического заряда Q, спина J, чётности P, изоспина I. Квантовые числа s (странность), c (очарование или шарм), b (bottom) и t (top) разделяют адроны на обычные нестранные частицы (р, n, π, …), странные частицы (K, Λ, Σ, …), очарованные (D, Λ c , Σ c , …) и боттом-частицы (B, Λ b , Ξ b). t‑кварк имеет время жизни ≈ 10 -25 с, поэтому за такое короткое время он не успевает образовать адрон.
Всё многообразие адронов возникает в результате различных сочетаний u-, d-, s-, c-, b-кварков, образующих связанные состояния.
Квантовые характеристики кварков приведены в табл. 11.1. Каждый кварк имеет еще три цветные степени свободы (красный, синий, зеленый). Цветные степени свободы в таблице не указаны. Античастицы кварков – антикварки.

Таблица 11.1

Характеристики кварков

Квантовые характеристики антикварков приведены в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Характеристики антикварков

Кварки не существуют в свободном состоянии, а заключены в кварковых системах – адронах. Поэтому им нельзя освободиться от взаимодействия с другими кварками, находящимися в том же объеме и связывающими их в адрон глюонами.
Барионное число B − квантовая характеристика частиц, отражающая установленный на опыте ещё до открытия кварков закон сохранения числа барионов. Так например, протон без нарушения законов сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда мог бы распасться на позитрон e + и γ-квант

или на положительно заряженный пион π + и γ-квант

Однако такие распады не наблюдаются. Это можно понять, приписав протону барионное число В = +1 и считать, что все частицы, состоящие из трёх кварков, имеют барионное число, равное плюс единице. Мезоны имеют барионное число В = 0. Антибарионы имеют барионное число В = -1. Лептоны имеют барионное число В = 0.
Все имеющиеся опытные данные свидетельствуют о существовании закона сохранения барионного числа (заряда) или закона сохранения числа барионов:

Барионное число является аддитивным квантовым числом. Барионные числа адронов – следствие их кварковой структуры. Кваркам приписывают барионное число В = +1/3, а антикваркам В = -1/3. Тогда все частицы, состоящие из трех кварков (барионы), будут иметь барионное число В = +1, частицы из трех антикварков (антибарионы) − B = -1, а частицы из кварка и антикварка (мезоны) − B = 0.
В отличие от точечных кварков, адроны протяжённые объекты, т. е. имеют размер (≈ 1 Фм). Среднеквадратичные зарядовые радиусы протона p, пиона π и каона K

дают представление о размерах этих адронов.

Ф. Вилчек: «Кварки рождаются свободными, но встречаются только связанными… В начале двадцатого века, после пионерских экспериментов Резерфорда, Гейгера и Марсдена, физики открыли, что большая часть массы и весь положительный заряд внутри атома сконцентрированы в крошечных ядрах. В 1932 г. Чедвик открыл нейтроны, которые вместе с протонами могли бы рассматриваться как составляющие атомного ядра. Однако известных тогда сил гравитации и электромагнетизма было недостаточно, для того чтобы связать протоны и нейтроны в такие малые объекты, как наблюдаемые ядра. Физики столкнулись с новым видом взаимодействия, самым сильным в природе. Объяснение этой новой силы стало основной задачей теоретической физики.
Для решения указанной проблемы физики в течение многих лет собирали данные, полученные, в основном, из изучения результатов столкновений протонов и нейтронов. Однако результаты этих исследований оказывались громоздкими и сложными.
Если бы частицы в указанных экспериментах были фундаментальными (неделимыми), то после их столкновения следовало бы ожидать те же частицы, только выходящие по измененным траекториям. Вместо этого на выходе, после столкновения, часто оказывалось множество частиц. Конечное состояние могло содержать как несколько копий исходных частиц, так и другие частицы. Многие новые частицы были открыты именно таким образом. Несмотря на то, что эти частицы, называемые адронами, были нестабильны, их свойства были очень схожи со свойствами нейтронов и протонов. Тогда характер исследования изменился. Уже не казалось естественным полагать, что речь идет просто об изучении новой силы, связывающей протоны и нейтроны в атомные ядра. Скорее, открылся новый мир явлений. Этот мир состоял из множества новых неожиданных частиц, преобразующихся друг в друга удивительно большим количеством способов. Отражением изменения во взглядах стало и изменение в терминологии.
Вместо ядерных сил физики стали говорить о сильном взаимодействии.
В начале 1960-х годов Мюррей Гелл-Ман и Джордж Цвейг совершили огромный прорыв в теории сильного взаимодействия, предложив концепцию кварков. Если вы представите, что адроны не являются фундаментальными частицами, а состоят из некоторого числа неделимых кварков, то все становится на свои места. Десятки наблюдаемых адронов, по крайней мере в грубом приближении, можно объяснить различными возможными способами соединений всего трех типов («ароматов») кварков. Один и тот же набор кварков может иметь различные пространственные орбиты и разнообразные спиновые конфигурации. Энергия такой системы будет зависеть от всех этих факторов, и таким образом получатся состояния с разными энергиями, соответствующие частицам с разными массами, согласно формуле m = E/c 2 . Это аналогично тому, как спектр возбужденных состояний в атоме мы понимаем как проявление различных орбит и спиновых конфигураций электронов. (Правда, энергии взаимодействия электронов в атомах относительно малы, и влияние этих энергий на полную массу атома незначительно.)
Тем не менее, правила использования кварков для описания реалистических моделей казались довольно странными и непонятными.
Предполагалось, что кварки едва ли чувствуют присутствие друг друга, когда находятся рядом, но если вы попытаетесь их изолировать друг от друга, то обнаружите, что это невозможно. Усиленные попытки найти изолированный кварк успехом так и не увенчались. Наблюдаемыми оказались только связанные состояния кварка с антикварком (мезоны) и трех кварков (барионы). Этот принцип, выведенный из экспериментальных наблюдений, назвали конфайнментом. Однако возвышенное название не сделало само явление менее таинственным.
Была у кварков и еще одна примечательная особенность. Предполагалось, что их электрические заряды являются дробными (1/3 или 2/3) по отношению к основному единичному заряду, например, электрона или протона. Все остальные наблюдаемые заряды известны с большой точностью и кратны основному. Кроме того, тождественные кварки не подчиняются обычным правилам квантовой статистики. Эти правила требуют, чтобы кварки, как частицы со спином 1/2, были фермионами с антисимметричными волновыми функциями (если не учитывать цветовую симметрию). Однако наблюдаемые данные о барионах не могут быть объяснены с помощью антисимметричных волновых функций они должны быть симметричными.
Атмосфера таинственности вокруг свойств кварков еще более сгущалась, когда Дж. Фридман. Г.Кендалл, Р. Тейлор и их коллеги на линейном ускорителе в Стэнфорде (SLAC) направили фотоны с высокой энергией на прогоны и обнаружили внутри нечто вроде кварков. Неожиданным было то. что при сильных столкновениях кварки двигаются (точнее, переносят энергию и импульс) так, как если бы они были свободными частицами. До этого эксперимента большинство физиков предполагало, что каким бы ни было сильное взаимодействие кварков, оно должно заставить кварки обильно излучать энергию, и, следовательно, после резкого ускорения энергия движения должна быстро рассеиваться» .

Некоторые барионы

Некоторые мезоны

Кварки, образующие адроны, могут находиться в состояниях с различными орбитальными моментами l q и в состояниях с различными значениями радиального квантового числа n. Так как кварк имеет положительную чётность, а антикварк - отрицательную, чётности барионов, антибарионов и мезонов определяются соотношениями

где L - результирующий орбитальный момент кварков в адроне.
Аналогичным образом можно получить формулу для чётности мезона/антимезона:

Спины кварков могут быть ориентированы различным образом. Поэтому для одной и той же кварковой комбинации допустимы различные значения полного момента и чётности J P . Энергия (масса) фиксированной кварковой комбинации зависит от J P и других квантовых чисел, таких как изоспин, т. е. для каждой кварковой комбинации получается набор энергий (масс). Такова суть спектроскопии адронов, которая по существу не отличается от атомной или ядерной спектроскопии. Отличие в атоме состоит в том, что если в атоме (или в ядре) с определённым внутренним составом частиц изменяется энергия и квантовые числа, то это означает переход в другое состояние этого же атома (ядра). В физике адронов изменение энергии (массы) и квантовых чисел фиксированной кварковой комбинации означает переход к другой частице.

Адроны - бесцветные образования цветных кварков

Почему существует столь ограниченный набор связанных кварковых структур - трёхкварковые и кварк-антикварковые состояния? Для ответа на этот вопрос нужно пояснить понятие бесцветного состояния . Кварковая модель в своем первоначаль­ном варианте не содержала понятия «цвет». Исходная модель смогла представить все многочисленное семейство адронов всего лишь в виде трех кварковых комбинаций − qqq (барионы), (антибарионы) и q (мезоны). Однако оставалось неясным, почему других комбинаций кварков, например, qq, qq, q, qqqq, qq, q и т.д. в природе нет, да и сами отдельные кварки не наблюдаются. Кроме того, были известны барионы из трех тождественных кварков – uuu (Δ ++ -резонанс), ddd (Δ - ‑резонанс), sss (Ω - -гиперон), в которых кварки находились в одинаковых квантовых состояниях, что противоречило принципу Паули. Все эти трудности начального варианта кварковой модели снимались введением для кварков еще одного квантового числа, названного цветом . Это квантовое число должно было иметь три возможных значения с тем, чтобы можно было восстановить принцип Паули для барионов, построенных из трех кварков одинакового аромата. Эти три возможных значения цвета – красный (к), зеленый (з) и синий (с) – можно рассматривать как три проекции своеобразного цветового спина в трехмерном цветовом пространстве (с осями К, З. С).
С введением цвета Δ ++ -резонанс, например, можно представить как комбинацию трех u-кварков в разных цветовых состояниях: Δ ++ = u к u з u с. Это означало, что принцип Паули справедлив и в физике адронов. Однако, ограничиться только трехзначностью цвета было невозможно. Оставалась ещё одна проблема. Если u к u з u с - это единственный вариант Δ ++ ‑резонанса, то для протона можно предложить несколько кандидатов, не нарушая принципа Паули: u к u з d с, u к u з d з, u с u к d к и т. д. Но существует только одно протонное состояние и введение нового квантового числа «цвет» не должно увеличивать число наблюдаемых состояний.
Выходом из этой ситуации явилось принятие постулата о бесцветности наблюдаемых квантовых состояний адронов. Бесцветность адронов означает, что в них кварки разного цвета представлены с равными весами. О таких бесцветных состояниях говорят как о цветовых синглетах. Они инвариантны относительно преобразований в трехмерном цветовом пространстве. Если цветовой индекс кварка принимает три значения α = 1, 2, 3, то такие преобразования имеют вид

при условии ортонормированности цветовых состояний

где (*) означает комплексное сопряжение, а δ βγ − символ Кронекера.
В отличие от цветных кварков, их наблюдаемые комбинации − адроны − всегда бесцветны. В них все кварковые цвета представлены с одинаковыми весами. В этом состоит аналогия между цветом в оптике ик вантовым числом цвет. В обоих случаях равномерная смесь трёх базовых цветов дает бесцветную (белую) комбинацию.
Рассмотрим вопрос о том, как цветовые степени свободы кварков должны быть учтены в волновых функциях адронов Y. Поскольку эти степени свободы не зависят от других кварковых степеней свободы – пространственных координат, спина и аромата, то цветовая часть полной волновой функции адрона может быть выделена в виде множителя ψ color:

Ψ = ψ color Ф,

где Ф − часть волновой функции адрона, куда входят пространственные (space ), спиновые (spin ) и ароматовые (flavor ) степени свободы кварков. Установим вид ψ color . Он различен для мезонов и барионов.
Кварковая структура мезонов q. Для того, чтобы мезон был бесцветным, все возможные цвета кварка (антикварка) в нём должны быть представлены с одинаковым весом, что дает цветовую структуру мезона ~ (k+з +с ). Поэтому, независимо от типа (кваркового состава) мезона цветовая часть его волновой функции с учетом нормировки имеет вид

При установлении вида цветовой волновой функции бариона необходимо учесть принцип Паули. В состав бариона могут входить тождественные кварки, а, поскольку кварки являются фермионами, то в таких барионах эти кварки не должны находиться в одинаковых квантовых состояниях. В случае мезонов такого ограничения нет, так как они содержат только различные частицы - кварк и антикварк. Это означает, что волновая функция бариона, содержащего кварки одинакового аромата, должна быть антисимметричной при перестановке этих кварков.

Рассмотрим ситуацию на примере Δ ++ -резонанса, состоящего из трёх u-кварков. Его спин-чётность J P = 3/2 + . Эксперименты показали, что его волновая функция симметрична по пространственным координатам кварков и не имеет узлов. Следовательно, орбитальный момент кварков L = 0 и полный момент J P = 3/2 целиком обусловлен спинами кварков, направленными в одну сторону (). Такое спиновое состояние симметрично. Следовательно, пространственно-спиново-ароматовая волновая функция Δ ++ -резонанса F симметрична по этим трём переменным. Как показывает опыт это утверждение справедливо для всех барионов, т. е. все барионы имеют волновые функции, полностью симметричные к одновременной перестановке пространственных координат, спинов и ароматов любых двух кварков. Для того чтобы быть антисимметричной в целом, полная волновая функция Y любого бариона должна содержать антисимметричную цветовую функцию ψ color . Нормированная антисимметричная цветовая волновая функция бариона имеет вид

Такая цветовая функция автоматически обеспечивает выполнение принципа Паули, запрещающего существование бариона, содержащего кварки одного и того же аромата в полностью одинаковых квантовых состояних. Ароматово-цветовая волновая функция Δ ++ -резонанса имеет вид

Требуемая антисимметризация волновой функции Δ ++ -резонанса получена. Она антисимметрична по цвету, симметрична по пространственным координатам (орбитальные моменты кварков нулевые) и спинам (). Таким образом, волновая функция Δ ++ -резонанса Y антисимметрична в целом, как и должно быть для систем, содержащих тождественные фермионы. Легко проверить выполнение принципа Паули для этого состояния. Пусть зелёный u-кварк стал красным: u з → u к. Тогда в Δ ++ ‑резонансе имеем два красных u-кварка в одном и том же состоянии. При этом волновая функция Δ ++ -резонанса обращается в нуль.