Дальнодействующие процессы слабого ядерного взаимодействия

Моисеев Александр Борисович

ОАО НИИ "Ярсинтез"

научный сотрудник

Аннотация

Гипотеза основана на предположении, что конфигурация электронной оболочки атома-это независимое физическое свойство или объект, который накладывает дополнительные условия на поведение заряженных частиц в электромагнитном поле. Показана особая форма взаимодействия протонов с электронными антинейтрино, принципиально отличающаяся от стандартного поглощения.

Ключевые слова: строение атома; электрослабое взаимодействие; химические связи; квантово-механическая система

Abstract

электронный атом химический протон

The hypothesis is based on the assumption that the configuration of the electron shell of an atom is an independent physical property, or an object which imposes additional conditions on the behavior of charged particles in an electromagnetic field. A special form of interaction between protons and electron antineutrinos, which is fundamentally different from the standard absorption, is shown.

Keywords: the structure of the atom; electroweak interaction; chemical bonds; the quantum-mechanical system

Некоторые особенности строения электронной оболочки атома, химических связей и ряда общеизвестных свойств, даже простых веществ не позволяют рассматривать атом, и, соответственно, молекулы только лишь как некую ассоциацию положительных и отрицательных заряженных частиц в электромагнитном поле. Во-первых, факт структурированности электронной оболочки резко контрастирует с тем как электрон ведёт себя вне её. В частности, поток свободных электронов нельзя разделить на какие-то отдельные потоки, отличающиеся некими свойствами. Напротив, в электронно-лучевой трубке потоки электронов из разных эмиттеров смешиваются в единый поток. И нет там никаких s, p, d или f-электронов. А внутри атома есть. Причём, такая градация электронов вовсе не условность: электроны разных типов проявляют себя по-разному и в химических реакциях, и в свойствах вещества.

Кроме того, сразу «бросается в глаза» непонятное количественное ограничение содержания электронов на, находящемся наиболее близко к атомному ядру и присутствующему абсолютно во всех атомах, первом энергетическим уровне-орбите, где, как известно, имеется всего два электрона типа «s», если не рассматривать водород. Почему не возникают p, d и f-ячейки и, соответственно, первый ряд таблицы Менделеева [1] ограничен лишь двумя элементами? Ведь химический элемент гелий, как известно, самый инертный из всех инертных газов. Значит, связь его электронов с ядром должна быть наиболее прочная. А поэтому логично строить, электронную конфигурацию оболочки следующего за ним элемента лития (с тремя протонами в ядре) из 2-х s-электронов и 1-го p-электрона. И так далее, пока не будут заполнены все p-ячейки. Потом, должно идти заполнение d и f-ячеек. То есть, второй уровень-орбита должна начинаться с 33-го элемента. Но, в действительности, третий электрон атома лития находится, почему-то, уже на втором уровне. То есть, получается, что атомное ядро словно «отбрасывает» от себя лишний электрон на вторую орбиту, несмотря, даже, на Кулоновскую силу притяжения разноимённых зарядов. И вообще, распределение электронов в оболочке многоэлектронных атомов никак не согласуется с силой взаимодействия электрических зарядов. Вопреки снижению силы притяжения атомного ядра, количество электронов на дальних уровнях, вначале некими скачками нарастает (с увеличением атомного номера элемента), достигая максимального значения 32. А потом, ядра элементов уже сильно радиоактивны и там уже вообще невозможно исследовать электронную оболочку. В общем, логики поведения электромагнитного поля никак не просматривается. Здесь лишь на основе анализа сведений об электронных конфигурациях, было выведено чисто эмпирическое правило Клечковского [2].

Причём, бериллий, имеющий, казалось бы, очень похожую конфигурацию электронной оболочки с гелием, тем не менее, химическими свойствами от него полностью отличается и достаточно легко отдаёт электроны со второго уровня. Иначе говоря, ядро, вместо того, чтобы наиболее прочно связать все четыре электрона, почему-то «считает нужным» прочно связывать только два электрона! К тому же, если добавить целых шесть p-электронов, («запакованных» в три ячейки) на второй уровень, то уже s-электроны следующего третьего уровня делают натрий и магний аналогами лития и бериллия (правда, бериллия в меньшей степени). А аналог гелия - неон, с 6-ю p-электронами.

И, кстати сказать, можно назвать и химические элементы-аналоги, находящиеся в одной подгруппе, но, притом, даже, с абсолютно непохожей электронной конфигурацией внешней оболочки и внутренней тоже. Ведь, как известно, хром и молибден имеют на внешней оболочке по 5 d-электронов и 1 s-электрон, а у третьего их несомненного химического аналога, вольфрама, 4 d-электрона и 2 s-электрона. Причём, у вольфрама во внутреннем слое есть ещё и f-электроны. Вот как понять: что же определяет схожесть свойств элементов?

Также, различны внешние электронные слои у ряда других элементов из одной и той же подгруппы. Здесь, можно назвать ванадий и ниобий, палладий и платину, и ряд других элементов, среди которых все элементы группы лантаноидов и актиноидов, имеющие разное число f-электронов [3]. И ещё непонятно: почему наличие любого числа f-электронов на внешней оболочке делает химические элементы аналогами, а про другие типы электронов этого никак сказать нельзя? Причём, в тех же случаях, когда внешние электронные оболочки полностью совпадают, отмечаются, почему-то, аномальные различия и внешнего вида, и физических, и химических свойств. В частности, именно так происходит в подгруппе меди. Серебро - это белый металл, а медь и золото - цветные (один красный, другой жёлтый). Температура плавления серебра, находящегося в середине подгруппы, самая низкая: всего 960 ?C. А вот электропроводность, напротив, самая высокая. Серебро и медь, почему-то, более химически активны, чем золото, хотя, как известно, металлические свойства должны нарастать сверху вниз таблицы Менделеева [1], а вместе с ними и химическая активность, если судить по щелочным и щелочноземельным металлам. Кстати, сказать, есть и ёщё одна странность, относящаяся к золоту и серебру. Дело в том, что если электропроводность определяется количеством подвижных электронов в кристаллической решётке металла, способными сформировать электронный газ, то тогда, натрий и магний, очевидно, должны быть более электропроводны, чем золото и серебро. Однако, в действительности, всё «с точностью до наоборот». Золото и серебро имеют в два раза большую электропроводность, чем натрий и магний. Причём, именно на серебре и золоте, из-за их чрезвычайно высокой электропроводности, удалось открыть, так называемый, эффект Казимира [4]. Как объяснить подобную странность?

И при рассмотрении химических связей, также обнаруживается целый ряд не менее «зловредных странностей». В частности, нет никакого объяснения: почему когда атом более электроотрицательного элемента отбирает электрон у атома менее электроотрицательного элемента, то происходит это как-то «не до конца» с формированием достаточно прочной «конструкции», которую называют «ковалентной связью» [5]? Что же мешает отнимать электрон полностью? Причём, электроны из этой «конструкции», что называется, «ни шагу», хотя электрон и весьма «вольная» частица-волна, способная даже туннелировать, так сказать, «сквозь запреты». И, несмотря на то, что существует давно разработанная теория и основанный на ней Метод Молекулярных Орбиталей [6] и альтернативный ей Метод Валентных Связей [7], тем не менее, дать разъяснения такого поведения электронов они не могут. Так, например, хорошо известны атомы, которые заряжены одновременно и положительно, и отрицательно, словно на них имеется какая-то перегородка, сделанная неизвестно из чего. И ярким примером является молекула формальдегида (водный раствор - это хорошо всем известный формалин). Здесь у углерода два положительных и два отрицательных заряда, возникших из-за двух разнонаправленных ковалентных связей, сформированных, так называемой, sp2-гибридизацией. Так вот, если бы они хоть на мгновение скомпенсировались, что и должно бы происходить под воздействием Кулоновской силы притяжения зарядов, то углерод просто «вывалился» бы из молекулы и образовалась молекула воды. Но, в действительности, так никогда не бывает, даже при сильном нагревании. А, ведь, можно сказать, что данная ситуация весьма распространена и встречается в очень многих органических молекулах. Причём, таких «странностей» в поведении химических связей известно достаточно много. Сюда же можно добавить и донорно-акцепторную связь, которая выглядит исключительно не логичной, поскольку донором электронов является именно тот атом, который «специализируется» на том, чтобы их отнимать. И, хотя, донорство его очень условно, такая химическая связь, тем не менее, почему-то, весьма прочна.

Все эти факты, вынуждают подвергнуть сомнению устоявшееся представление о том, что на атомном уровне электромагнитное взаимодействие является единственно определяющим всё поведение, окружающей нас материи, всех атомов и всех молекул. В частности, здесь, наверное, уместно вспомнить, что известная электрослабая теория [8] устанавливает единство электромагнитного и слабого взаимодействия, которое подтвердилось открытием двух W- и одного Z-бозонов. И, хотя, конечно, эти частицы очень короткоживущие и проявляются на расстояниях в миллион раз меньше размера атома, однако, нельзя исключить их полевое влияние, формирующее электронную, а точнее сказать, даже, «бозонную», или даже, «бозонно-кварковую архитектуру» оболочек атомов. Впрочем, чтобы делать какие-то однозначные выводы о материальной сущности данных физических объектов, необходимы и исследования, и серьёзная теоретическая проработка.

Так вот, если предположить, что атомные ядра, даже полностью лишённые электронов, сохраняют некий «бозонный каркас», то следует ожидать, что и свободный протон тоже должен сохранять некий «каркас» первого энергетического уровня в виде одной ячейки s-подуровня. Тогда, очевидно, что и свободный нейтрон тоже должен иметь одну ячейку s-подуровня первого энергетического уровня, хотя и вырожденную, поскольку, иначе, требуется дополнительное объяснение возникновения такого «каркаса» у самого протона при стандартном в-распаде свободного нейтрона. Ну, а если данные допущения использовать при рассмотрении взаимодействия электронного антинейтрино со свободным протоном, то обнаруживается возможность существования некоего дальнодействующего процесса слабого ядерного взаимодействия.

Итак, допустим, что пустую ячейку s-подуровня протона «мимоходом решило посетить» электронное антинейтрино. Ведь, как известно, эта частица очень похожа на электрон, а точнее на позитрон, только без заряда. Но у протона, место в бозонном каркасе «приготовлено» для лептона, каковым является электрон. Следовательно, ячейка s-подуровня при посещении антинейтрино, станет, на короткое время, вырождена и будет подобна той, что у нейтрона. Поэтому, на какое-то достаточно короткое мгновение, возникает особая ситуация: квантово-механическая система протон-антинейтрино становится полностью неотличима от квантово-механической системы нейтрон-позитрон. Совпадает всё: суммарный электрический, лептонный и барионный заряд. И даже, как это уже было показано, тип бозонного «каркаса». Следовательно, в физическом процессе, эти системы просто обязаны реализовываться с равной вероятностью. И такой процесс, в дальнейшем, предлагается называть «слабое отражение», а саму данную форму проявления слабого ядерного взаимодействия, - «слабая зеркальность».

Несложно оценить эффективный радиус подобных процессов. Понятно, что речь здесь идёт уже о расстояниях, порядка, размера атома. Поэтому, и вероятность актов таких взаимодействий должна быть намного выше, чем в стандартных процессах. Однако, при этом, необходимо понимать, что если какое-либо из свойств квантово-механической системы почему-либо не обнаруживает аналога при слабом отражении, то превращения элементарных частиц обязательно будут происходить «по обычному сценарию». Иначе говоря, например, при поглощении антинейтрино протонами молекул воды следует обратить внимание на то, что главное условие, изменяющее характер такого взаимодействия, является наличие химической (ковалентной) связи у протона, вроде бы, тоже, лишённого электронов более электроотрицательным атомом кислорода, но имеющего бозонный «каркас» химической связи, которого просто не может быть у нейтрона. К тому же, есть и ещё одно важное отличие. Дело в том, что необходимость следования тождественности параметров для процесса слабого отражения, требует соблюдения и суммарного равенства масс (энергий) квантово-механических систем. Поэтому, чтобы слабое отражение стало возможно, например, внутри солнечных недр, антинейтрино должно иметь энергию равную как минимум 0.51 Мэв, которая соответствует массе слабо отражённого позитрона. А ещё учитывая, что протон легче нейтрона примерно на 1.3 Мэв (938.2796 у протона и 939.5731 Мэв и у нейтрона), то, соответственно, получается, что протон должен иметь кинетическую энергию равную 1.3 Мэв, что для нашего Солнца также недостижимо, как и преодоление силы отталкивания одноимённых зарядов в протон-протонных реакциях. Однако, этот недобор энергии может вполне дополнить антинейтрино. То есть, оно просто будет иметь энергию не 0.51 Мэв, а уже более 1.8 Мэв, что уже соответствует мюонному антинейтрино. И вот об этом стоит поговорить подробнее. Прежде всего, сами осцилляции нейтрино и антинейтрино происходят, по-видимому, в результате того, что они «цепляются» за электронную структуру атомных ядер. При этом, здесь процессы слабого отражения происходят в два этапа. Представим себе уже не двух- а трёхчастичную систему, состоящую из «холодного» протона, позитрона и, например, мюонного антинейтрино с энергией не менее 106,75 Мэв. Так вот, она слабо отразится в «горячий» протон с энергией более 1.3 Мэв, положительный мюон и электронное антинейтрино. А дальше, уже происходит отражение на систему «нейтрон-позитрон». Причём, если мюонные антинейтрино обеспечивают образование «комфортных» нейтронов, которые наилучшим образом поглощаются атомными ядрами и протонами, то ф-лептонные формируют быстрые и сверхбыстрые нейтроны, которые туннелируя из солнечных недр, формируют протоны солнечного ветра. Однако, иногда, их энергия может перераспределиться сразу между несколькими атомными ядрами. И тогда, эта энергия на каком-либо локальном участке может резко возрасти, в результате чего, возникает мощный выброс солнечной плазмы. Ну, а если их становится слишком много, то вообще может произойти, так называемая, «сверхвспышка».

И вот, видимо, поэтому, различия в осцилляциях нейтрино и антинейтрино были обнаружены в недавних экспериментах [9]. А если же энергия антинейтрино будет превышать 1.8 Мэв, то сами частицы системы могут полученную кинетическую энергию всякий раз распределять уже по-разному. Например, могут возникать и очень быстрые нейтроны, которые туннелируя через слои солнечного вещества, способны «выскочить» наружу и превратиться в протоны солнечного ветра. А могут возникать очень энергичные позитроны, которые способны сообщить внутренним слоям вещества дополнительное угловое ускорение. И вот, видимо, так и следует объяснять недавно открытое различие скоростей вращения вещества на полюсах Солнца и 13 солнцеподобных звёзд по сравнению с их умеренными широтами [10]. Обнаружено, что вещество там вращается в 1,5-2 раза быстрее на полюсах и внутренних слоях, что совершенно необъяснимо существующими теоретическими моделями, по утверждению Лорана Гизона из Института изучения Солнечной системы (г. Геттинген, Германия). Но, если учесть упомянутые процессы слабого отражения, то такое поведение может быть объяснено более высокой концентрацией протонов на полюсах и внутренних слоях и более активным рождением позитронов из-за более частых актов слабого отражения.

Таким образом, существование упомянутой в статье, формы проявления слабого взаимодействия заставляет иначе оценивать и строение вещества, и поведение макрокосмических объектов, и значительно повышает роль электрослабой теории.

Размещено на Allbest.ru