Мир элементарных частиц подчиняется квантовым законам и всё ещё не до конца познан. Определяющим понятием при построении различных моделей взаимодействия элементарных частиц является понятие симметрии, понимаемое как математическое свойство неизменности процессов взаимодействия при различных преобразованиях координат или внутренних параметров модели. Такие преобразования образуют группы называемые группами симметрии.
Именно на основе понятия симметрии строится и Стандартная модель. Прежде всего, она обладает пространственно-временной симметрией относительно вращений и сдвигов в пространстве-времени. Соответствующая группа симметрии носит название группы Лоренца (или Пуанкаре). Этой симметрии соответствует независимость предсказаний от выбора системы отсчёта. Кроме того, имеются группы внутренней симметрии – симметрии относительно вращений в пространстве «изоспина» и «цвета» (в случае слабых и сильных взаимодействий соответственно). Также ещё имеется группа фазовых вращений, связанная с электромагнитными взаимодействиями. Этим симметриям соответствуют законы сохранения электрического заряда, «цветного» заряда и т.д. Полная группа внутренней симметрии Стандартной модели, полученная на основе анализа многочисленных экспериментальных данных, есть произведение унитарных групп SU(3) x SU(2) x U(1). Все частицы Стандартной модели принадлежат различным представлениям групп симметрии, причём частицы разного спина никогда не перемешиваются.
Стандартная модель – современная теория строения и взаимодействий элементарных частиц, теория базируется на очень небольшом количестве постулатов и позволяет теоретически предсказывать свойства различных процессов в мире элементарных частиц. Для описания свойств и взаимодействий элементарных частиц используется понятие физического поля, которое ставится в соответствие каждой частице: электронное, мюонное, кварковое и т.д. Поле есть специфическая форма распределения материи в пространстве. Поля, сопоставляемые элементарным частицам, имеют квантовую природу. Элементарные частицы являются квантами соответствующих полей. Рабочим инструментом Стандартной модели является квантовая теория поля. Квантовая теория поля (КТП) является теоретической основой описания микрочастиц, их взаимодействий и взаимопревращений. Maтематический аппарат квантовой теории поля (КТП) позволяет описать рождение и уничтожение частицы в каждой пространственно-временной точке.
Стандартная модель описывает три типа взаимодействия: электромагнитное, слабое и сильное. Гравитационное взаимодействие не входи в Стандартную модель.
Основным вопросом для описания динамики элементарных частиц является вопрос о выборе системы первичных полей, т.е. о выборе частиц (и соответственно полей), которые следует считать наиболее фундаментальными (элементарными) при описании наблюдаемых частиц материи. Стандартная модель отбирает в качестве фундаментальных частиц бесструктурные частицы со спином ½: три пары лептонов ( , ( и три пары кварков обычно группируемые в три поколения.
На рис. 11.1 мы перечислили все известные частицы. Это строительные кирпичики Вселенной, по крайней мере такова точка зрения на данный момент, но мы ожидаем обнаружить еще несколько — возможно, мы увидим бозон Хиггса или новую частицу, связанную с существующей в большом количестве загадочной темной материей, которая, вероятно, необходима для описания всей Вселенной.
Или, возможно, нас ожидают суперсимметричные частицы, предсказанные теорией струн, или возбуждения Калуцы-Клейна, характерные для дополнительных измерений пространства, или техникварки, или лептокварки, или... теоретических рассуждений множество, и обязанность тех, кто проводит эксперименты на Большом адронном коллайдере, в том, чтобы сузить поле поиска, исключить неверные теории и указать путь вперед.
Рис. 11.1. Частицы природы
Все, что можно увидеть и потрогать; любая неодушевленная машина, любое живое существо, любая скала, любой человек на планете Земля, любая планета и любая звезда в каждой из 350 миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной состоит из частиц из первого столбца. Вы сами состоите из сочетания всего трех частиц — верхнего и нижнего кварков и электрона.
Кварки составляют атомное ядро, а электроны отвечают за химические процессы. Оставшаяся частица из первого столбца — нейтрино — возможно, знакома вам меньше, но Солнце пронзает каждый квадратный сантиметр вашего тела 60 миллиардами таких частиц ежесекундно. Они в основном без задержки проходят через вас и всю Землю — потому-то вы никогда их не замечали и не ощущали их присутствия. Но они, как мы вскоре увидим, играют ключевую роль в процессах, которые дают энергию Солнца, а следовательно, делают возможной саму нашу жизнь.
Эти четыре частицы образуют так называемое первое поколение материи — вместе с четырьмя фундаментальными природными взаимодействиями это все, что, судя по всему, нужно для создания Вселенной. Однако по причинам, которые пока до конца не понятны, природа предпочла снабдить нас еще двумя поколениями — клонами первого, только эти частицы более массивны. Они представлены во втором и третьем столбцах рис. 11.1.
Топ-кварк в особенности превосходит массой другие фундаментальные частицы. Он был открыт на ускорителе в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми под Чикаго в 1995 году, и его масса, согласно измерениям, более чем в 180 раз превосходит массу протона. Почему топ-кварк оказался таким монстром, притом что он столь же похож на точку, как и электрон, пока загадка. Хотя все эти дополнительные поколения материи не играют непосредственной роли в обычных делах Вселенной, они, вероятно, были ключевыми игроками сразу после Большого взрыва... Но это совсем другая история.
На рис. 11.1 в правом столбце показаны также частицы-переносчики взаимодействия. Гравитация в таблице не представлена. Попытка перенести вычисления Стандартной модели на теорию гравитации наталкиваются на определенные сложности. Отсутствие в квантовой теории гравитации некоторых важных свойств, характерных для Стандартной модели, не позволяет применять там те же методы. Мы не утверждаем, что ее не существует вовсе; теория струн — это попытка принять гравитацию во внимание, но пока успехи этой попытки ограничены. Так как гравитация очень слаба, она не играет значительной роли в экспериментах по физике частиц, и по этой весьма прагматической причине мы не будем больше о ней говорить.
Фотон служит посредником в распространении электромагнитного взаимодействия между электрически заряженными частицами, и такое поведение определяется новым правилом рассеяния. Частицы W и Z делают то же самое для слабого взаимодействия, а глюоны переносят сильное взаимодействие. Основные различия между квантовыми описаниями сил связаны с тем, что правила рассеяния различны. Да, все (почти) так просто, и некоторые новые правила рассеяния мы привели на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Некоторые правила рассеяния для сильного и слабого взаимодействий
Сходство с квантовой электродинамикой позволяет легко понять функционирование сильного и слабого взаимодействий; нам нужно только понимать, каковы правила рассеяния для них, после чего можно начертить такие же диаграммы Фейнмана, которые мы приводили для квантовой электродинамики в прошлой главе. К счастью, изменение правил рассеяния — это очень важно для физического мира.
Если бы мы писали учебник по квантовой физике, можно было бы перейти к выводу правил рассеяния для каждого из показанных на рис. 11.2 процессов, а также для многих других. Эти правила известны как правила Фейнмана, и они впоследствии помогли бы вам — или компьютерной программе — рассчитать вероятность того или иного процесса, как мы делали это в главе о квантовой электродинамике.
Эти правила отражают нечто очень важное о нашем мире, и очень удачно, что их можно свести к набору простых картинок и положений. Но мы вообще-то не пишем учебник по квантовой физике, так что вместо этого сосредоточимся на диаграмме справа вверху: это правило рассеяния, особенно важное для жизни на Земле. Оно показывает, как верхний кварк переходит в нижний, испуская W-частицу, и это поведение приводит к грандиозным результатам в ядре Солнца.
Солнце — это газообразное море протонов, нейтронов, электронов и фотонов объемом в миллион земных шаров. Это море коллапсирует под собственной силой тяжести. Сжатие невероятной силы разогревает солнечное ядро до 15000000° C, и при такой температуре протоны начинают сливаться, формируя ядра гелия. При этом высвобождается энергия, которая увеличивает давление на внешние уровни звезды, уравновешивая внутреннюю силу тяжести.
Подробнее мы рассмотрим это расстояние шаткого равновесия в эпилоге, а сейчас просто хотим понять, что значит «протоны начинают сливаться друг с другом». Кажется, что все довольно просто, но точный механизм такого слияния в солнечном ядре был источником постоянных научных споров в 1920-1930-е годы. Британский ученый Артур Эддингтон первым предположил, что источник энергии Солнца — ядерный синтез, но быстро обнаружилось, что температура вроде бы слишком мала для запуска этого процесса в соответствии с известными на тот момент законами физики. Однако Эддингтон придерживался своего мнения. Хорошо известно его замечание: «Гелий, с которым мы имеем дело, должен был образоваться в какое-то время в каком-то месте. Мы не спорим с критиком, заявляющим, что звезды недостаточно горячи для этого процесса; мы предлагаем ему найти место пожарче».
Проблема состоит в том, что, когда два быстро движущихся протона в солнечном ядре сближаются, в результате электромагнитного взаимодействия (или, на языке квантовой электродинамики, в результате обмена фотонами) они отталкиваются. Для слияния им нужно сойтись едва ли не до полного перекрытия, а солнечные протоны, как хорошо было известно Эддингтону и его коллегам, двигаются недостаточно быстро (потому что Солнце недостаточно горячо) для преодоления взаимного электромагнитного отталкивания.
Ребус разрешается так: на авансцену выходит W-частица и спасает ситуацию. При столкновении один из протонов может превратиться в нейтрон, обратив один из своих верхних кварков в нижний, как указано на иллюстрации к правилу рассеяния на рис. 11.2. Теперь новообразованный нейтрон и оставшийся протон могут сойтись очень близко, поскольку нейтрон не несет никакого электрического заряда. На языке квантовой теории поля это значит, что обмена фотонами, при котором нейтрон и протон отталкивались бы друг от друга, не происходит. Освободившись от электромагнитного отталкивания, протон и нейтрон могут слиться вместе (в результате сильного взаимодействия), образуя дейтрон, что быстро приводит к образованию гелия, которое высвобождает энергию, дающую жизнь звезде.
Этот процесс показан на рис. 11.3 и отражает тот факт, что W-частица живет недолго, распадаясь на позитрон и нейтрино, — это и есть источник тех самых нейтрино, которые в таких количествах пролетают через ваше тело. Воинственная защита Эддингтоном синтеза как источника солнечной энергии была справедливой, хотя у него не было ни тени готового решения. W-частица, объясняющая то, что происходит, была открыта на Большом адронном коллайдере вместе с Z-частицей в 1980-е годы.
Рис. 11.3. Превращение протона в нейтрон в рамках слабого взаимодействия с испусканием позитрона и нейтрино. Без этого процесса Солнце не могло бы светить.
В завершение краткого обзора Стандартной модели обратимся к сильному взаимодействию. Правила рассеивания таковы, что только кварки могут переходить в глюоны. Более того, они с большей вероятностью сделают именно это, чем что-либо еще. Предрасположенность к испусканию глюонов — именно та причина, по которой сильное взаимодействие получило свое название и по которой рассеяние глюонов способно преодолеть электромагнитную силу отталкивания, которая могла бы привести положительно заряженный протон к разрушению. К счастью, сильное ядерное взаимодействие распространяется лишь на небольшое расстояние. Глюоны покрывают расстояние не более 1 фемтометра (10 -15 м) и вновь распадаются. Причина, по которой влияние глюонов настолько ограничено, особенно по сравнению с фотонами, способными путешествовать через всю Вселенную, состоит в том, что глюоны могут превращаться и в другие глюоны, как показано на двух последних диаграммах рис. 11.2. Эта уловка со стороны глюонов существенно отличает сильное взаимодействие от электромагнитного и ограничивает поле его деятельности содержимым атомного ядра. У фотонов подобного самоперехода нет, и это хорошо, потому что иначе вы бы не видели, что происходит у вас перед носом, потому что фотоны, летящие к вам, отталкивались бы от тех, которые двигаются вдоль вашей линии зрения. То, что мы вообще можем видеть, — одно из чудес природы, которое к тому же служит ярким напоминанием, что фотоны вообще редко взаимодействуют.
Мы не объяснили ни откуда берутся все эти новые правила, ни почему Вселенная содержит именно такой набор частиц. И на то есть свои причины: на самом деле мы не знаем ответа ни на один из этих вопросов. Частицы, из которых состоит наша Вселенная — электроны, нейтрино и кварки, — это актеры, исполняющие главные роли в разворачивающейся на наших глазах космической драме, но пока у нас нет убедительных способов объяснения, почему состав актеров должен быть именно таков.
Однако верно, что, имея список частиц, мы можем частично предсказать способ их взаимодействия друг с другом, предписываемый правилами рассеяния. Правила рассеяния физики взяли не из воздуха: во всех случаях они предсказываются на том основании, что теория, описывающая взаимодействия частиц, должна быть квантовой теорией поля с неким дополнением, получившим название калибровочной инвариантности*.
Обсуждение происхождения правил рассеяния завело бы нас слишком далеко от основного направления книги — но мы все же хотим повторить, что основные законы очень просты: Вселенная состоит из частиц, которые двигаются и взаимодействуют в соответствии с рядом правил перехода и рассеяния. Мы можем пользоваться этими правилами при вычислении вероятности того, что «нечто» происходит, складывая ряды циферблатов, причем каждый циферблат соответствует каждому способу, которым «нечто» может произойти.
* Калибровочная инвариантность означает, что теория и ее предсказания не меняются при неких преобразованиях полей, входящих в теорию. Прим. ред .
Уравнение Дирака для электрона стало для физики поворотным пунктом во многих отношениях. В 1928 году, когда Дирак предложил свое уравнение, из всех элементарных частиц науке были известны лишь электроны, протоны и фотоны. Свободные уравнения Максвелла описывают фотоны, предсказанные Эйнштейном в 1905 году. Эта ранняя работа была постепенно развита Эйнштейном, Бозе и другими, и 1927 году Иордан и Паули создали полную математическую схему для описания свободных фотонов путем введения квантования в максвелловскую теорию свободного поля. Казалось также, что протон, как и электрон, достаточно хорошо описывается уравнением Дирака. В теорию Дирака отлично укладывалось электромагнитное взаимодействие, описывающее, как воздействуют фотоны на электроны и протоны, благодаря идее калибровки (введенной Вейлем в 1918 году). Начало формулировке полной теории электронов (или протонов), взаимодействующих с фотонами (т.е. квантовой электродинамике), было положено самим Дираком в 1927 году. Таким образом, казалось, что имеются под руками все более или менее основные средства для описания всех частиц, существующих в Природе, а также наиболее очевидных взаимодействий между ними.
Истоки современной физики элементарных частиц
И все же физики того времени в большинстве своем были не настолько глупы, чтобы предполагать, что все это вот-вот приведет их к «теории всего». Они сознавали, что ни силы, удерживающие ядро от распада (ныне это называется сильным взаимодействием), ни механизм, ответственный за радиоактивный распад (теперь это называется слабым взаимодействием), не могут быть объяснены без дальнейшего продвижения вперед. Если бы единственными составными частями атомов, включая атомные ядра, были дираковские протоны и электроны, взаимодействующие лишь через электромагнитное поле, тогда все обычные ядра (за исключением одиночного протона, составляющего ядро атома водорода) должны были мгновенно распадаться из-за электростатического отталкивания вследствие преобладания положительных зарядов. Должно было существовать нечто дотоле не известное, создающее сильное притяжение между частицами внутри ядра!
В 1932 году Чедвик открыл нейтрон, и это в итоге привело к замене ранее популярной протонно-электронной модели ядра новой моделью, согласно которой ядро содержит протоны и нейтроны, сильное взаимодействие между которыми удерживает ядро от распада. Но даже это сильное взаимодействие было еще не все, что ускользало от понимания в то время. Радиоактивность урана, известная со времени наблюдения Анри Беккереля в 1896 году, оказалась результатом еще одного - слабого - взаимодействия, отличного и от сильного, и от электромагнитного взаимодействия. Даже сам нейтрон, будучи предоставлен самому себе, распадается приблизительно за 15 минут.
Одним из загадочных продуктов радиоактивного распада оказалось неуловимое нейтрино, пробная гипотеза о существовании которого была выдвинута Паули в 1929 году, но которое не было непосредственно обнаружено вплоть до 1956 года. Именно изучение радиоактивности в конечном счете принесло физикам неожиданную популярность и влиятельность к концу Второй мировой войны и после нее...
Многое изменилось с той поры первоначального проникновения в физику элементарных частиц в первой трети XX века. Сейчас, в начале XXI века, мы имеем гораздо более полную картину, известную под названием стандартной модели физики элементарных частиц. Эта модель описывает почти все наблюдаемое поведение широкого класса известных ныне элементарных частиц. К фотону, электрону, протону, позитрону, нейтрону и нейтрино в дальнейшем присоединились разные другие сорта нейтрино, мюон, пионы (эффектно предсказанные Юкавой в 1934 году), каоны, ламбда- и сигма-частицы, а также омега-минус- частица, знаменитая благодаря истории ее предсказания. В 1955 году был экспериментально обнаружен антипротон, в 1956 году - антинейтрон. Существуют объекты нового типа - кварки, глюоны и W- и Z-бозоны, а также целая стая частиц, существование которых столь быстротечно, что они никогда не наблюдались непосредственно, их относят к «резонансам». Формализм современной теории требует также существования нестационарных объектов, называемых «виртуальными частицами», а также величин, именуемых «духами», относительно которых исключается возможность непосредственного наблюдения.
Существует также вызывающее замешательство изобилие гипотетических (и пока не обнаруженных) частиц, предсказываемых некоторыми теоретическими моделями, но пока не укладывающихся в общепринятую схему элементарных частиц, - «Х-бозоны», «аксионы», «фотино», «скварки», «глюино», «магнитные монополи», «дилатоны» и т. д. Есть еще призрачная частица Хиггса, не обнаруженная к моменту написания этой книги, существование которой в той или иной форме (возможно, не в качестве одиночной частицы) существенно для сегодняшней физики элементарных частиц, в которой связанное с этой частицей поле Хиггса определяет массу каждой элементарной частицы.
Уравнение Дирака
$$\left(i\hbar c \, \gamma^\mu \, \partial_\mu - mc^2 \right) \psi = 0$$ Из уравнения Дирака следует, что электрон обладает собственным механическим моментом количества движения - спином, равным ħ/2, а также собственным магнитным моментом, равным магнетону Бора $e\hbar/2Мc$, которые ранее (1925) были открыты экспериментально (e и m - заряд и масса электрона, с - скорость света, $\hbar$ - постоянная Дирака (редуцированная постоянная Планка)). С помощью уравнения Дирака была получена более точная формула для уровней энергии атома водорода (и водородоподобных атомов), включающая тонкую структуру уровней, а также объяснён эффект Зеемана. На основе уравнения Дирака были найдены формулы для вероятностей рассеяния фотонов свободными электронами (комптон-эффекта) и излучения электрона при его торможении (тормозного излучения), получившие экспериментальное подтверждение. Однако последовательное релятивистское описание движения электрона даётся квантовой электродинамикой.
Характерная особенность уравнения Дирака - наличие среди его решений таких, которые соответствуют состояниям с отрицательными значениями энергии для свободного движения частицы (что соответствует отрицательной массе частицы). Это представляло трудность для теории, так как все механические законы для частицы в таких состояниях были бы неверными, переходы же в эти состояния в квантовой теории возможны. Действительный физический смысл переходов на уровни с отрицательной энергией выяснился в дальнейшем, когда была доказана возможность взаимопревращения частиц. Из уравнения Дирака следовало, что должна существовать новая частица (античастица по отношению к электрону) с массой электрона и электрическим зарядом противоположного знака; такая частица была действительно открыта в 1932 К. Андерсоном и названа позитроном. Это явилось огромным успехом теории электрона Дирака. Переход электрона из состояния с отрицательной энергией в состояние с положительной энергией и обратный переход интерпретируются как процесс образования пары электрон-позитрон и аннигиляция такой пары.
Уравнение Дирака справедливо и для др. частиц со спином 1/2 (в единицах $\hbar$) - фермионов, например мюонов, нейтрино, при этом хорошее соответствие опыту получается при прямом применении уравнения Дирака к простым (а не составным) частицам, как те, которые только что упомянуты. Для протона и нейтрона (составных частиц, состоящих из кварков, связанных глюонным полем, но также обладающих спином 1/2) оно при прямом применении (как к простым частицам) приводит к неправильным значениям магнитных моментов: магнитный момент «дираковского» протона «должен быть» равен ядерному магнетону $e\hbar/2Мc$ (М - масса протона), а нейтрона (поскольку он не заряжен) - нулю. Опыт же даёт, что магнитный момент протона примерно в 2,8 раза больше ядерного магнетона, а магнитный момент нейтрона отрицателен и по абсолютной величине составляет около 2/3 от магнитного момента протона. Аномальные магнитные моменты этих частиц обусловлены их составной природой и сильными взаимодействиями.
В действительности данное уравнение применимо для кварков, которые также являются элементарными частицами со спином 1/2. Модифицированное уравнение Дирака можно использовать для описания протонов и нейтронов, которые не являются элементарными частицами (они состоят из кварков). Другую модификацию уравнения Дирака - уравнение Майорана, применяют в некоторых расширениях Стандартной модели для описания нейтрино.
Зигзаг-представление электрона
В этой и ряде последующих статей предлагается краткий путеводитель по стандартной модели современной физики элементарных частиц.
Начнем несколько нестандартным образом, переформулировав уравнение Дирака в «2-спинорном представлении. Спинор Паули, описывающий частицу со спином -, представляет
собой двухкомпонентную величину $\psi_a$- (Компонентами служат $\psi_0$- и $\psi_1$.) При учете требований теории относительности нам потребуются также величины со штрихованными индексами $A", B", C’$,..., которые появляются при комплексном сопряжении, применяемом к нештрихованным индексам. Оказывается, что описанный выше дираковский спинор $\psi$ с его четырьмя комплексными компонентами можно представить в виде пары 2-спиноров, $\alpha_a$ и $\beta_{a’}$, один из которых имеет нештрихованный индекс, а другой - штрихованный:
$$\psi=(\alpha_a,\beta_{a’}) $$
Тогда уравнение Дирака можно записать в виде уравнения, связывающего эти два 2-спинора, при этом каждый из них играет в отношении другого роль «источника» с «константой связи» $2^{-1/2}M$, определяющей «силу взаимодействия» между ними:
$$\nabla^{A}_{B’ }\alpha_a =2^{-1/2}M\beta_{B’}, ~~\nabla ^{B’}_{A }\beta_{B’} =2^{-1/2}M,\alpha _{A’}, $$
Операторы $\nabla^{A}_{B’ }$, и $\nabla^{B}_{A’ }$ представляют собой 2-спинорные трансляции обычного оператора градиента $\nabla$ . Не следует придавать большого значения всем этим индексам, множителям $2^{-1/2}$ и точной форме этих уравнений, - я привожу их здесь лишь для того, чтобы показать, как можно ввести уравнение Дирака в общие рамки 2-спинорного анализа и как это может помочь, коль скоро это сделано, в обретении некоторого нового взгляда на природу уравнения Дирака.
Форма этих уравнений показывает, что дираковский электрон можно считать состоящим из двух ингредиентов - $\alpha_A$ и $\beta_{A’}$. Им можно придать некоторый физический смысл.
Можно представить себе картину, в которой существуют две «частицы», одна из которых описывается величиной а $\alpha_A$ а другая - $\beta_{A’}$, причем обе они не имеют массы и каждая из них непрерывно превращается в другую. Дадим этим частицам имена «зиг» и «заг», так что $\alpha_A$ будет описывать частицу «зиг», а $\beta_{A’}$ - частицу «заг». Будучи безмассовыми, они должны перемещаться со скоростью света, однако вместо этого можно считать, что они «качаются» взад-вперед, причем движение вперед частицы «зиг» непрерывно превращается в движение назад частицы «заг» и наоборот. Фактически это есть реализация явления, называемого «zitterbewegung» («дрожание») и состоящего в том, что мгновенное движение электрона из-за участия в таких колебаниях всегда происходит со скоростью света, хотя полное усредненное движение электрона характеризуется скоростью, меньшей скорости света. Каждый из указанных ингредиентов имеет спин величиной $\frac{1}{2}\hbar$ в направлении движения, соответствующий левому вращению в случае частицы «зиг» и правому для частицы «заг». (Это связано с тем обстоятельством, что частица «зиг» $\alpha_A$ имеет нештрихованный индекс, соответствующий отрицательной спиральности, а частица «заг» $\beta_{A’}$ - штрихованный индекс, отвечающий положительной спиральности.
Заметим, что хотя скорость все время меняется, направление спина в системе покоя электрона остается постоянным (рис. 1). При такой интерпретации частица «зиг» выступает как источник для частицы «заг», а частица «заг» - как источник в отношении частицы «зиг», сила связи между ними определяется величиной $M$.
Рис. 1. Зигзаг-представление электрона, а) Электрон (или другую массивную частицу со спином $\frac{1}{2}\hbar$) можно рассматривать как осциллирующую в пространстве-времени между безмассовой частицей «зиг» с левой спиральностью (спиральность $-\frac{1}{2}$ описывается нештрихованным 2-спинором $\alpha_A$ или, в обозначениях, более привычных для физиков, частью, проектируемой оператором -$\frac{1}{2}(1-\gamma_5)$)) и безмассовой частицей «заг» с правой спиральностью (спиральность $+\frac{1}{2}$ описывается штрихованным 2-спинором $\beta_{A"}$ или частью, проектируемой оператором $\frac{1}{2}(1+\gamma_5)$. Каждая из частиц служит источником для другой с массой покоя в качестве константы связи, б) С точки зрения 3-пространства, в системе покоя электрона происходит непрерывное изменение скорости (всегда равной по величине скорости света), однако направление спина остается постоянным. (Для большей наглядности изображена картина не вполне в системе покоя электрона - вместо этого электрон медленно смещается вправо.)
На рис. 2 дано диаграммное представление вклада этого процесса в полный «фейнмановский пропагатор. Каждый отдельный зигзаг-процесс имеет конечную длину, однако вся их совокупность, включающая зигзаги все нарастающей длины, дает вклад в полный процесс распространения электрона в соответствии с матрицей $2\times2$, изображенной на рис. 2. При этом частица «зиг» становится частицей «заг», затем «заг» превращается в «зиг», та снова в «заг» и так далее на некотором конечном отрезке.
Рассматривая процесс в целом, мы обнаружим, что средняя частота, с которой это происходит, связана обратным соотношением с параметром связи - массой М; фактически это есть «де-бройлевская частота» электрона.
Необходимо, однако, сделать замечание относительно того, как следует интерпретировать фейнмановские диаграммы. Изображаемый процесс можно на законных основаниях рассматривать как пространственно-временное описание происходящего, однако при рассмотрении на квантовом уровне необходимо иметь в виду, что даже в случае одной частицы одновременно протекает множество таких процессов. Каждый из них следует рассматривать как один из вкладов в некоторую квантовую суперпозицию огромного числа различных процессов. Реальное квантовое состояние определяется всей суперпозицией в целом. Каждая отдельная фейнмановская диаграмма - это всего лишь одна из ее компонент.
Необходимо, однако, сделать замечание относительно того, как следует интерпретировать фейнмановские диаграммы. Изображаемый процесс можно на законных основаниях рассматривать как пространственно-временное описание происходящего, однако при рассмотрении на квантовом уровне необходимо иметь в виду, что даже в случае одной частицы одновременно протекает множество таких процессов. Каждый из них следует рассматривать как один из вкладов в некоторую квантовую суперпозицию огромного числа различных процессов. Реальное квантовое состояние определяется всей суперпозицией в целом. Каждая отдельная фейнмановская диаграмма - это всего лишь одна из ее компонент.
В таком же духе следует понимать и приведенное выше описание движения электрона как качания взад-вперед, при котором «зиг» непрерывно превращается в «заг» и наоборот. Реальное движение слагается из большого (фактически бесконечно большого) числа таких отдельных процессов, так что наблюдаемое движение электрона можно рассматривать как результат некоторого их «усреднения» (хотя, строго говоря, здесь имеет место квантовая суперпозиция). Так обстоит дело в случае всего лишь свободного электрона. В действительности электрон непрерывно взаимодействует с другими частицами (например, с фотонами - квантами электромагнитного поля). Все подобные процессы взаимодействия также должны быть включены в общую суперпозицию.
Имея все это в виду, зададимся вопросом: насколько «реальны» частицы «зиг» и «заг»? Или это всего лишь артефакты некоторого математического формализма, которым я вос пользовался здесь при описании уравнения Дирака для электрона? Возникает вопрос более общего характера: насколько оправданно с физической точки зрения руководствоваться соображениями изящества некоторого математического описания, а затем пытаться выдать это за описание «реальности»? В данном случае следует начать с постановки вопроса о важности (а также изяществе) самого 2-спинорного формализма как математического метода. Я должен предупредить читателя, что этот формализм не относится к числу широко используемых физиками, которые занимаются уравнением Дирака и его приложениями, в частности, квантовой электродинамикой (КЭД) - наиболее успешным разделом квантовой теории поля.
Рис.2. Каждый зигзаг-процесс в отдельности вносит вклад, как часть бесконечной квантовой суперпозиции, в полный «пропагатор» наподобие фейнмановских диаграмм. Изображенный слева стандартный фейнмановский пропагатор в виде прямой линии представляет целую матрицу из бесконечных сумм конечных зигзагов, показанную справа.
Читателя, который уже немного знаком с фейнмановскими диаграммами, может смутить используемое здесь вертикальное упорядочение во времени. В квантовой теории поля обычно рисуют диаграммы, на которых временная переменная увеличивается слева направо. Этот выбор, при котором время течет снизу вверх, согласуется с принятым в теории относительности, поскольку такое направление времени выбирается для большинства пространственно-временных диаграмм.
Большинство физиков пользуется формализмом «дираковских спиноров» (или 4-спиноров), в котором спинорные индексы отбрасываются. Вместо 2-спинора $\alpha_A$ они используют 4-спинор $(1-\gamma_5)\psi$ (называя его «левоспиральной частью дираковского электрона» или
как-нибудь в этом роде, вместо моей частицы «зиг») LINK8. Величина $\gamma_5$ представляет собой произведение
$$\gamma_5=-i\gamma_0\gamma_1\gamma_2\gamma_3$$
и обладает свойством антикоммутировать с каждым из элементов алгебры Клиффорда, при этом $\gamma_5^2=1$ Аналогично вместо $\beta_{A’}$ используется $(1+\gamma_5)\psi$ (правоспиральная часть).
Кто-то может заметить, что это всего лишь вопрос обозначений, и действительно можно переходить от 2-спинорного формализма к 4-спинорному и обратно. Зигзаг-представление определенно применимо (хотя и не всегда применяется) к любому формализму, однако к 2-спинорному формализму оно ближе, чем к 4-спинорному. Так реальны ли частицы «зиг» и «заг»? Можно сказатьчто они реальны в той же мере, в какой реален сам «дираковский электрон», - как в высшей степени полезное идеализированное математическое описание одного из наиболее фундаментальных элементов Вселенной. Но есть ли это реальная «реальность»?
Бессмысленно продолжать делать то же самое и ждать других результатов.
Альберт Эйнштейн
Стандартная модель (элементарных частиц) (англ. Standard model of elementary particles ) - не соответствующая природе теоретическая конструкция, описывающая одну из компонент электромагнитных взаимодействий искусственно выделенную в электромагнитное взаимодействие, воображаемое слабое и гипотетическое сильное взаимодействия всех элементарных частиц. Стандартная модель не включает в себя гравитацию.
Сначала небольшое отступление. Полевая теория элементарных частиц, действуя в рамках НАУКИ, опирается на проверенный ФИЗИКОЙ фундамент:
- Классическую электродинамику,
- Квантовую механику,
- Законы сохранения - фундаментальные законы физики.
Использовать не существующие в природе элементарные частицы, выдумывать не существующие в природе фундаментальные взаимодействия, или подменять существующие в природе взаимодействия сказочными, игнорировать законы природы, занимаясь математическими манипуляциями над ними (создавая видимость науки) - это удел СКАЗОК, выдаваемых за науку . В итоге физика скатывалась в мир математических сказок. Сказочные кварки со сказочными глюонами, сказочными гравитонами и сказками "Квантовой теории" (выдаваемые за действительность) уже проникли в учебники физики - будем обманывать детей? Сторонники честной Новой физики пытались этому противостоять, но силы были не равны. И так было до 2010 года до появления полевой теории элементарных частиц, когда борьба за возрождение ФИЗИКИ-НАУКИ перешла на уровень открытого противостояния подлинной научной теории с математическими сказками, захватившими власть в физике микромира (да и не только).
Картинка взята из мировой Википедии
Первоначально, кварковая модель адронов была предложена в 1964 году независимо Гелл-манном и Цвейгом и ограничивалась только тремя гипотетическими кварками и их античастицами. Это позволяло правильно описать спектр известных на тот момент элементарных частиц, без учета лептонов, которые не вписались в предлагаемую модель и потому признавались элементарными, наравне с кварками. Платой за это явилось введение, не существующих в природе, дробных электрических зарядов. Затем, по мере развития физики и поступления новых экспериментальных данных, кварковая модель постепенно разрасталась, трансформировалась, приспосабливаясь под новые экспериментальные данные, в итоге превратившись в Стандартную модель. - Интересно, что четырьмя годами позднее, в 1968 году я начал работать над идеей, которая в 2010 году дала человечеству Полевую теорию элементарных частиц , а в 2015 году - Теорию гравитации элементарных частиц , отправив в архив истории развития физики многие математические сказки физики второй половины двадцатого века, в том числе и эту.
2 Стандартная модель и фундаментальные взаимодействия
3 Стандартная модель и калибровочные бозоны
4 Стандартная модель и глюоны
5 Стандартная модель и закон сохранения энергии
6 Стандартная модель и электромагнетизм
7 Стандартная модель и полевая теория элементарных частиц
8 Частицы в физике глазами мировой Википедии начала 2017 года
9 Стандартная модель и подгонка под действительность
10 Новая физика: Стандартная модель - итог
1 Основные положения Стандартной модели элементарных частиц
Предполагается, что всё вещество состоит из 12 фундаментальных частиц-фермионов: 6 лептонов (электрон, мюон, тау-лептон, электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино) и 6 кварков (u, d, s, c, b, t).
Утверждается, что кварки участвуют в сильном, слабом и электромагнитном (с понимании квантовой теории) взаимодействиях; заряжённые лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) - в слабом и электромагнитном; нейтрино - только в слабом взаимодействии.
Постулируется, что все три типа взаимодействий возникают как следствие того, что наш мир симметричен относительно трёх типов калибровочных преобразований.
Утверждается, что частицами-переносчиками взаимодействий, вводимых моделью, являются:
- 8 глюонов для гипотетического сильного взаимодействия (группа симметрии SU(3));
- 3 тяжёлых калибровочных бозона (W ± -бозоны, Z 0 -бозон) для гипотетического слабого взаимодействия (группа симметрии SU(2));
- 1 фотон для электромагнитного взаимодействия (группа симметрии U(1)).
2 Стандартная модель и фундаментальные взаимодействия
Реально в природе существуют следующие типы фундаментальных взаимодействий, как и соответствующие им физические поля:
Наличие в природе иных реально существующих фундаментальных физических полей, кроме конечно сказочных полей (полей квантовой "теории": глюонное, поле Хиггса и ан.), физика не установила (зато в математике их может быть сколько угодно). Существование в природе гипотетического сильного и гипотетического слабого взаимодействия постулированного квантовой теорией - не доказано , и обосновано только желаниями Стандартной модели. Эти гипотетические взаимодействия являются всего лишь предположениями. - В природе имеются ядерные силы, которые сводятся к (реально существующим в природе) электромагнитным взаимодействиям нуклонов в атомных ядрах, ну а нестабильность элементарных частиц определяется наличием каналов распада и отсутствием запрета со стороны законов природы, а со сказочным слабым взаимодействием никак не связана.
Не доказано существование в природе ключевых элементов Стандартной модели: кварков и глюонов . То, что в экспериментах интерпретируется некоторыми физиками как следы кварков - допускает и иные альтернативные толкования. Природа так устроена, что число гипотетических кварков совпало с числом стоячих волн переменного электромагнитного поля внутри элементарных частиц. - Но в природе нет дробного электрического заряда, равного заряду гипотетических кварков. Даже величина дипольного электрического заряда, не совпадает с величиной воображаемого электрического заряда вымышленных кварков. А как понимаете, без кварков Стандартная модель существовать не может .
Из того, что в 1968 году в экспериментах по глубоко неупругому рассеянию на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) подтвердили, что протоны имеют внутреннюю структуру, и состоят из трех объектов (двух u- и одного d-кварка - а вот это НЕ доказано ), которые впоследствии, Ричард Фейнман назвал партонами в рамках его партонной модели (1969 г.), можно сделать еще один вывод - в экспериментах наблюдались стоячие волны волнового переменного электромагнитного поля, число пучностей которых как раз и совпадает с числом сказочных кварков (партонов). А хвастливое заявление мировой Википедии, что «вся совокупность нынешних экспериментальных фактов не подвергает сомнению справедливость модели» является лживым .
3 Стандартная модель и калибровочные бозоны
- Существование калибровочных бозонов в природе не доказано - это всего лишь предположения квантовой теории. (W ± -бозоны, Z 0 -бозон) являются обыкновенными векторными мезонами такими же, как D-мезоны.
- Квантовой теории потребовались переносчики постулированных ей взаимодействий. Но поскольку таковых в природе не оказалось - были взяты наиболее подходящие из бозонов и приписана способность быть переносчиками требуемого гипотетического взаимодействия.
4 Стандартная модель и глюоны
Дело в том, что с гипотетическими глюонами у Стандартной модели получился конфуз.
Вспомним, что такое глюон - это гипотетические элементарные частицы, отвечающие за взаимодействия гипотетических кварков. Говоря математическим языком, глюонами называют векторные калибровочные бозоны, отвечающие за гипотетическое сильное цветовое взаимодействие между гипотетическими кварками в квантовой хромодинамике. При этом гипотетические глюоны, как предполагается, сами несут цветовой заряд и таким образом являются не просто переносчиками гипотетического сильных взаимодействий, но и сами участвуют в них. Гипотетический глюон является квантом векторного поля в квантовой хромодинамике, не имеет массы покоя и обладает единичным спином (как фотон). Кроме того гипотетический глюон является античастицей самому себе.
Итак, утверждается, что глюон обладает единичным спином (как фотон) и является античастицей самому себе. - Так вот: согласно Квантовой механики и Классической электродинамики (и Полевой теории элементарных частиц, умудрившейся заставить их работать сообща на общий результат), определивших спектр элементарных частиц в природе - обладать единичным спином (как фотон) и быть античастицей самой себе может только одна элементарная частица в природе - фотон , но она уже занята электромагнитными взаимодействиями. Все остальные элементарные частицы с единичным спином это векторные мезоны и их возбужденные состояния, но это совсем другие элементарные частицы, каждая из которых обладает собственной античастицей.
А если вспомнить, что у всех векторных мезонов отличная от нуля величина массы покоя (следствие ненулевой величины квантового числа L полевой теории), то ни один из векторных мезонов (частиц с целым спином) в качестве сказочного глюона никак не подойдет. Ну а элементарных частиц с единичным спином больше в природе НЕТ. В природе могут существовать сложные системы, состоящие из четного числа лептонов, или барионов! Но время жизни таких образований из элементарных частиц будет значительно меньше времени жизни сказочного бозона Хиггса - а точнее векторного мезона. Поэтому гипотетические глюоны не могут быть найдены в природе, сколько бы их не искали и сколько миллиардов Евро или долларов на поиски сказочных частиц не потратили. А если где-то прозвучит утверждение об их обнаружении - это будет НЕ соответствовать действительности.
Следовательно, в природе нет места для глюонов . Создав сказку о сильном взаимодействии, взамен реально существующих в природе ядерных сил, по аналогии с электромагнитным взаимодействием, "Квантовая теория" и "Стандартная модель", будучи уверенными в своей непогрешимости, сами загнали себя в ТУПИК. - Так может, пора остановиться, и перестать верить математическим СКАЗКАМ.
5 Стандартная модель и закон сохранения энергии
Осуществление взаимодействий элементарных частиц путем обмена виртуальными частицами напрямую нарушает закон сохранения энергии и всякие математические манипуляции над законами природы в науке недопустимы. Природа и виртуальный мир математики - это два разных мира: реально существующий и вымышленный - мир математических сказок.
Глюоны - гипотетические переносчики гипотетического сильного взаимодействия гипотетических кварков, обладающие сказочной способностью создавать новые глюоны из ничего (из вакуума) (см. статью конфайнмент), открыто игнорируют закон сохранения энергии.
Таким образом, стандартная модель противоречит закону сохранения энергии .
6 Стандартная модель и электромагнетизм.
Стандартная модель, сама того не желая, вынуждена была признать наличие у элементарных частиц постоянных дипольных электрических полей, о существовании которых утверждает Полевая теория элементарных частиц. Утверждая, что элементарные частицы состоят из гипотетических кварков, являющихся (по мнению Стандартной модели) носителями электрического заряда, Стандартная модель тем самым признала наличие внутри протона кроме области с положительным электрическим зарядом еще и области с отрицательным электрическим зарядим, и наличие пары областей с разноименными электрическими зарядами и у электрически «нейтрального» нейтрона. Что удивительно, величины электрических зарядов данных областей почти совпали с величинами электрических зарядов, вытекающих из полевой теории элементарных частиц.
Так Стандартной модели удалось неплохо описать внутренние электрические заряды нейтральных и положительно заряженных барионов, а вот с отрицательно заряженными барионами вышла осечка. Поскольку заряд отрицательно заряженных гипотетических кварков равен –e/3, то для получения суммарного заряда –e потребуется три отрицательно заряженных кварка, а дипольное электрическое поле, аналогичное электрическому полю протона, не получится. Конечно, можно было бы воспользоваться анти-кварками, но тогда вместо бариона получится анти-барион. Так что «успех» Стандартной модели в описании электрических полей барионов ограничился только нейтральными и положительно заряженными барионами.
Если посмотреть гипотетическую кварковую структуру мезонов с нулевым спином, то электрические дипольные поля получаются только у нейтральных мезонов, а у заряженных мезонов из двух гипотетических кварков электрическое дипольное поле не создать – заряды НЕ позволяют. Так что при описании электрических полей мезонов с нулевым спином, у Стандартной модели получились только электрические поля нейтральных мезонов. Здесь также, величины электрических зарядов дипольных областей почти совпали с величинами электрических зарядов, вытекающих из полевой теории элементарных частиц.
Но есть еще одна группировка элементарных частиц под названием векторные мезоны – это мезоны с единичным спином, у которых каждая частица обязательно имеет свою античастицу. Экспериментаторы уже начали их открывать в природе, но Стандартная модель, чтобы не разбираться с их строением, предпочитает навесить на некоторые из них ярлыки переносчиков выдуманных ей взаимодействий (спин равен единице – то, что надо). Здесь у Стандартной модели получились только электрические поля нейтральных мезонов, поскольку число кварков не изменилось (у них просто повернули спины, чтобы они не вычитались, а складывались).
Подведем промежуточный итог. Успех Стандартной модели в описании структуры электрических полей элементарных частиц оказался половинчатым. Оно и понятно: подгонка в одном месте вылезала расхождением в другом месте.
Теперь относительно величин масс гипотетических кварков. Если сложить величины масс гипотетических кварков в мезонах или в барионах, мы получим небольшой процент от величины массы покоя элементарной частицы. Следовательно, даже в рамках Стандартной модели, внутри элементарных частиц имеется масса не кварковой природы, значительно превышающая суммарную величину масс всех ее гипотетических кварков. Поэтому, утверждение Стандартной модели, что элементарные частицы состоят из кварков, НЕ соответствует действительности . Внутри элементарных частиц имеются более мощные факторы, чем гипотетические кварки, создающие основную величину гравитационной и инертной массы элементарных частиц. Полевая теория элементарных частиц совместно с Теорией гравитации элементарных частиц установили, что за всем этим стоит волновое поляризованное переменное электромагнитное поле, создающие волновые свойства элементарных частиц, определяющее их статистическое поведение и, конечно же, Квантовая механика.
Еще один момент. Почему у связанной системы из двух частиц (кварков) с полуцелым спином, спины частиц обязательно должны быть антипараллельными (потребность в этом Стандартной модели, чтобы получился спин мезонов - это еще не закон природы). Спины взаимодействующих частиц могут быть и параллельными, а тогда получится дубликат мезона, но уже с единичным спином и несколько отличной по величине массой покоя, чего природа естественно создавать не стала - ей нет никакого дела до потребности Стандартной модели с ее сказками. Физика знает взаимодействие, со спин-ориентированной зависимостью - это взаимодействия магнитных полей, таких нелюбимых квантовой "теорией". Значит, если гипотетические кварки существуют в природе, то их взаимодействия магнитные (сказочных глюонов я естественно не вспоминаю) - эти взаимодействия создают силы притяжения, для частиц с антипараллельными магнитными моментами (а значит и антипараллельными спинами, если вектора магнитного момента и спина параллельны) и не позволяют создать связанное состояние пары частиц с параллельными магнитными моментами (параллельной ориентацией спинов), поскольку тогда силы притяжения превращаются в такие же силы отталкивания. Но если энергия связи пары магнитных моментов составляет некоторую величину (0,51 МэВ у π ± и 0,35 МэВ у π 0), то в самих магнитных полях частиц сосредоточено энергии (приблизительно) на порядок больше, а значит и соответствующей ей массы - электромагнитной массы постоянного магнитного поля.
Допустив наличие дипольных электрических полей у элементарных частиц, Стандартная модель забыла про магнитные поля элементарных частиц, существование которых доказано экспериментально, а величины магнитных моментов элементарных частиц измерены с высокой степенью точности.
Нестыковки Стандартной модели с магнетизмом хорошо видны на примере пи-мезонов. Итак, у гипотетических кварков имеются электрические заряды, значит у них имеется и постоянное электрическое поле, а еще у них имеется и постоянное магнитное поле. Согласно законам Классической электродинамики, которую пока еще НЕ отменили, эти поля обладают внутренней энергией, а значит и соответствующей этой энергии массой. Так суммарная магнитная масса постоянных магнитных полей пары гипотетических кварков заряженных π ± -мезонов составляет 5,1 МэВ (из 7,6 МэВ), а у π 0 -мезонов 3,5 МэВ (из 4 МэВ). Добавим к этой массе электрическую массу постоянных электрических полей элементарных частиц, она ведь тоже отлична от нуля. По мере уменьшения линейных размеров зарядов энергия этих полей постоянно возрастает, и очень быстро наступает момент, когда все 100% внутренней энергии гипотетического кварка сосредотачиваются в его постоянных электромагнитных полях. Тогда, что остается самому кварку - ответ: НИЧЕГО, что и утверждает Полевая теория элементарных частиц. И превращаются якобы наблюдаемые "следы гипотетических кварков" в следы стоячих волн переменного электромагнитного поля, чем они в действительности и являются. Но есть одна особенность: стоячие волны волнового переменного электромагнитного поля, то, что Стандартная модель выдает в качестве "Кварков", не могут создавать постоянные электрические и магнитные поля, которые есть у элементарных частиц). Вот мы и приходим к выводу, что кварков в природе НЕТ, а элементарные частицы состоят из волнового поляризованного переменного электромагнитного поля, а также связанных с ним постоянных электрических и магнитных дипольных полей , что и утверждает Полевая теория элементарных частиц.
С величинами массы, Стандартная модель установила наличие у всех пи-мезонов остаточной внутренней энергии, которая согласуется с данными Полевой теории элементарных частиц о содержавшемся внутри элементарных частиц волновом переменном электромагнитном поле. Но если более (95-97)% внутренней энергии элементарных частиц имеет не кварковую природу и сосредоточено в волновом переменном электромагнитном поле, а из остальных (3-5)%, приписываемых гипотетическим кваркам, (80-90)% сосредоточено в постоянных электрических и магнитных полях элементарных частиц, то голословное утверждение о том, что эти элементарные частицы состоят из не найденных в природе кварков - выглядит СМЕХОТВОРНЫМ, даже в рамках самой Стандартной модели .
Кварковый состав протона у Стандартной модели получился еще более плачевным. Суммарная величина массы 2-х u-кварков и одного d-кварка составляет 8,81 МэВ, что составляет менее 1 процента величины массы покоя протона (938,2720 МэВ). То есть, в протоне на 99 процентов есть то, что создает его основную гравитационную и инертную массу вместе с его ядерными силами и это НЕ связано с кварками, но нам, с упорством достойным лучшего применения, продолжают рассказывать псевдонаучную сказку о том, что протон якобы состоит из кварков, которых в природе так и не удалось найти, несмотря на все затраченные усилия и финансовые средства и хотят, чтобы мы поверили этому НАДУВАТЕЛЬСТВУ. - Математика способна сочинить любую СКАЗКУ и выдавать ее за "высшее" достижение "науки". Ну а если воспользоваться наукой, то согласно расчетам полей протона с помощью полевой теории, в его постоянном электрическом поле содержится энергия 3,25 МэВ, а остальная энергия для массы гипотетических кварков позаимствована у значительно более мощного постоянного магнитного поля протона, создающего его ядерные силы.
7 Стандартная модель и полевая теория элементарных частиц
- Полевая теория элементарных частиц отрицает существование не обнаруженных в природе кварков и глюонов, отрицает существование гипотетических сильного и слабого взаимодействий (постулированных квантовой теорией) и соответствие унитарной симметрии действительности.
- Тау-лептон является возбужденным состоянием мюона, а его нейтрино - возбужденным состоянием мюонного нейтрино.
- (W ± -бозоны, Z 0 -бозон) являются обыкновенными векторными мезонами и не являются переносчиками взаимодействий связанных с игнорированием закона сохранения энергии равно как и других законов природы.
- Фотон существует в природе только в реальном состоянии. Виртуальное состояние элементарных частиц - это математические манипуляции над законами природы.
- Ядерные силы, в основном, сводятся к взаимодействиям магнитных полей нуклонов в ближней зоне.
- В основе причин распада нестабильных элементарных частиц лежат наличие каналов распада и законы природы. Элементарная частица также как и атом или его ядро стремится в состояние с наименьшей энергией - только возможности у нее другие.
- В основе так называемых "нейтринных осцилляций" , а точнее реакций, лежит разность их масс покоя, ведущая к распаду более тяжелого - мюонного нейтрино. Вообще, сказочное превращение одной элементарной частицы в другую противоречит законам электромагнетизма и закону сохранения энергии. - Разные виды нейтрино обладают разными наборами квантовых чисел, в следствии чего их электромагнитные поля различаются, они обладают различной величиной полной внутренней энергии, и соответственно, разной величиной массы покоя. К сожалению, математическое манипуляции над законами природы стали нормой поведения для сказочных теорий и моделей физики 20 века.
8 Частицы в физике глазами мировой Википедии начала 2017 года
Вот так выглядят Частицы в физике с точки зрения мировой Википедии:
На эту картинку, выдаваемую за действительность, я наложил пару цветов, поскольку она нуждается в дополнениях. Зеленым цветом выделено то - что соответствует действительности. Оказалось немного, но это ВСЕ, что нашлось достоверного. Более светлым цветом выделено то, что также есть в природе, но нам пытаются вдуть в качестве другого. Ну а все бесцветные творения - это из мира СКАЗОК. А теперь сами дополнения:
- То, что кварков в природе НЕТ - не желают знать сторонники самой Стандартной модели, подсовывая нам все новые СКАЗКИ в "обоснование" невидимости кварков в экспериментах.
- Из основных состояний Лептонов, согласно Полевой теории элементарных частиц, в природе существуют только электрон с мюоном с соответствующими нейтрино и античастицами. Величина спина у тау-лептона, равная 1/2, еще не означает принадлежность этой частицы к основным состояниям лептонов - у них просто совпали спины. Ну а число возбужденных состояний у каждой элементарной частицы равно бесконечности - следствие Полевой теории элементарных частиц. Экспериментаторы уже начали их открывать и обнаружили множество возбужденных состояний других элементарных частиц, кроме тау-лептона, вот только они еще этого сами не поняли. Ну а то, что для некоторых, Полевая теория элементарных частиц как кость в горле - потерпят, а еще лучше если переучатся.
- Калибровочных бозонов в природе НЕТ - в природе есть просто элементарные частицы с единичным спином: это фотон и векторные мезоны (которые любят выдавать за переносчиков сказочных взаимодействий, например, "слабое" взаимодействие) с их возбужденными состояниями, а также первое возбужденное состояние мезонов.
- Сказочные бозоны Хиггса противоречат Теории гравитации элементарных частиц. Нам под видом бозона Хиггса пытаются вдуть векторный мезон.
- Фундаментальные частицы в природе НЕ существуют - в природе существуют просто элементарные частицы.
- Суперпартнеры также из мира СКАЗОК, как и другие гипотетические фундаментальные частицы. Сегодня нельзя слепо верить сказкам, независимо от фамилии автора. Выдумать можно любую частицу: "магнитный монополь" Дирака, планковскую частицу, партон, разные виды кварков, духи, "стерильные" частицы, гравитон (гравитино) ... - вот только доказательств НУЛЬ. - Не стоит обращать внимание на всякий псевдонаучный муляж, выдаваемый за достижение науки.
- Составные частицы в природе есть, но это не барионы, гепероны и мезоны. - Это атомы, атомные ядра, ионы и молекулы барионного вещества, а также соединения электронных нейтрино, в гигантских количествах выбрасываемых звездами.
- Согласно полевой теории элементарных частиц, в природе должны существовать группировки барионов с различными величинами полуцелого спина: 1/2, 3/2, 5/2, 7/2, ... .Пожелаю успеха экспериментаторам в обнаружении барионов с большими спинами.
- Мезоны делятся на простые (с нулевым спином) с их возбужденными состояниями (исторически называемые резонансами), так и на векторные (с целым спином). Векторные мезоны физика уже начала открывать в природе, несмотря на отсутствие к ним заметного интереса у экспериментаторов.
- Короткоживущие искусственно созданные экзотические атомы, в которых электрон подменили другой, более массивной элементарной частицей - это из мира "физики развлекаются". А в мегамире им нет места.
- Экзотических адронов в природе нет, поскольку в природе НЕТ сильного взаимодействия (а есть просто ядерные силы, и это разные понятия), а следовательно, в природе нет и адронов, в ом числе и экзотических.
Сегодня хорошо видно, что доверять информации про элементарные частицы, находящейся в мировой Википедии НЕЛЬЗЯ . К действительно достоверной экспериментальной информации там добавили голословные утверждения абстрактных теоретических построений, выдающих себя за высшие достижения науки, а в действительности обыкновенных математических СКАЗОК. Мировая Википедия погорела на слепом доверии к информации издательств, зарабатывающих на науке, принимающих к публикации статьи за деньги авторов - вот и публикуются те, у кого есть деньги, вместо тех, у кого есть идеи, развивающие НАУКУ. Вот что получается, когда в мировой Википедии отодвигают в сторону ученых, а содержимое статей контролируют НЕ специалисты. Сторонники математических сказок, борьбу с их догмами презрительно называют "альтернативщиной", забывая что в начале 20 века, сама физика микромира возникла как альтернатива, господствующим тогда заблуждениям. Изучая микромир, физика нашла много нового, но вместе с подлинными экспериментальными данными в физику хлынул и поток абстрактных теоретических построений, изучающих что-то свое и выдающих себя за высшее достижение науки. Возможно в созданном данными теоретическими построениями виртуальном мире и работают выдуманные ими "законы природы", но физика изучает саму природу и ее законы, а математики могут развлекаться, сколько хотят. Сегодня физика 21 века просто пытается очиститься от заблуждений и надувательства 20 века .
9 Стандартная модель и подгонка под действительность
Сторонники теории струн, сравнивая ее со Стандартной моделью и агитируя за теорию струн, заявляют, что у Стандартной модели есть 19 свободных параметров, для подгонки под экспериментальные данные.
Они кое-что упускают. Когда Стандартная модель еще называлась кварковой моделью, ей хватало всего 3-х кварков. Но по мере развития, Стандартной модели потребовалось увеличить число кварков до 6-ти (нижний, верхний, странный, очарованный, прелестный, истинный), а каждый гипотетический кварк еще и наделить тремя цветами (r, g, b) – получаем 6*3=18 гипотетических частиц. К ним еще понадобилось добавить 8 глюонов, которых пришлось наделить уникальной способностью, под названием "конфайнмент". 18 сказочных кварков плюс 8 сказочных глюонов, для которых также не нашлось места в природе - это уже 26 вымышленных объектов, кроме 19 свободных параметров подгонки. – Модель разрасталась новыми вымышленными элементами, для подгонки под новые экспериментальные данные. Но введения цветов у сказочных кварков оказалось мало и некоторые уже заговорили о сложном строении кварков.
Трансформация модели кварков в Стандартную модель - это процесс подгонки под действительность, в целях избегания от неизбежного краха, ведущий к непомерному разрастанию Лагранжиана:
И как бы Стандартную модель не наращивали новыми "способностями" она от этого не станет научной - фундамент фальшивый .
10 Новая физика: Стандартная модель - итог
Стандартная модель (элементарных частиц) - это всего лишь гипотетическая конструкция, плохо соотносящаяся с действительностью:
- Симметричность нашего мира относительно трёх типов калибровочных преобразований не доказана;
- Кварки в природе не обнаружены ни при каких энергиях - кварков в природе НЕТ ;
- Глюоны в природе вообще не могут существовать ;
- Существование слабого взаимодействия в природе не доказано, и оно природе не нужно;
- Сильное взаимодействие было выдумано взамен ядерных сил (действительно существующих в природе);
- Виртуальные частицы противоречат закону сохранения энергии - фундаментальному закону природы;
- Существование калибровочных бозонов в природе не доказано - в природе имеются просто бозоны.
Не найдено, не доказано и т.п. это не значит пока не найдено и пока не доказано - это значит, нет никаких доказательств существования в природе ключевых элементов Стандартной модели. Таким образом, Стандартная модель базируется на фальшивом фундаменте, не соответствующем природе. Следовательно, Стандартная модель - является заблуждением в физике . Сторонники Стандартной модели хотят, чтобы люди продолжали верить сказкам Стандартной модели, иначе им придется переучиваться. Критику Стандартной модели они просто игнорируют, выдавая свое мнение - за решение науки. Но когда заблуждения в физике продолжают тиражироваться, несмотря на доказанную наукой их несостоятельность - заблуждения в физике превращаются в НАДУВАТЕЛЬСТВО в физике.
К заблуждениям в физике можно отнести и главного покровителя Стандартной модели - сборник математических бездоказательных предположений (попросту говоря - сборник математических СКАЗОК, или по Эйнштейну: "состряпанный из бессвязных обрывков мыслей набор бредовых идей ") под названием "Квантовая теория", не желающая считаться с фундаментальным законом природы - законом сохранения энергии. Пока квантовая теория будет продолжать выборочно учитывать законы природы и заниматься математическими манипуляциями, ее достижения трудно будет отнести к научным. Научная теория должна строго действовать в рамках законов природы, либо доказать неверность таковых. Иначе это будет за гранью науки.
В свое время Стандартная модель сыграла определенную положительную роль в накоплении экспериментальных данных о микромире - но это время завершилось. Ну а поскольку экспериментальные данные получались и продолжают получаются с помощью Стандартной модели - возникает вопрос об их достоверности. Кварковый состав открытых элементарных частиц не имеет ничего общего с действительностью. - Следовательно, экспериментальные данные, полученные с помощью Стандартной модели, нуждаются в дополнительной проверке, вне рамок модели.
В двадцатом веке на Стандартную модель возлагались большие надежды, она выдавалась за высшее достижение науки, но двадцатый век завершился, а вместе с ним и закончилось время господства в физике очередной математической сказки, построенной на фальшивом фундаменте, под названием: "Стандартная модель элементарных частиц". Сегодня ошибочность Стандартной модели НЕ замечает тот, кто НЕ желает это замечать.
Владимир Горунович
Loading...