Новый взгляд на античастицы и их аннигиляцию
ВВЕДЕНИЕ
Впервые вывод о существовании античастиц был сделан английским физиком П. Дираком на основании выведенного им уравнения, описывающего поведение электрона на скоростях близких к скорости света. При этом оказалось, что для каждого значения импульса (p) электрона имеется два решения, соответствующих двум различным значениям полной энергии (E) электрона.
Это означало, что у отрицательно заряженного электрона имеет право на существование с такой же массой положительно заряженный двойник. Так был предсказан [2,с.88] положительно заряженный аналог электрона позитрон, экспериментально обнаруженный впоследствии в космических лучах американским физиком К. Андерсоном. Измерения его параметров показали, что он имеет тождественную электрону массу, одинаковый спин, но противоположные электрический заряд и магнитный момент. Затем в космических лучах, также были обнаружены частицы и античастицы положительного и отрицательного мюона (μ+, μ-), которые возникали в результате распада более тяжелых частиц π-мезонов (+π). В 1955 году были обнаружены антипротон и антинейтрон в результате столкновения протонов высоких энергий с ядрами меди.
В настоящее время экспериментально обнаружены античастицы большинства известных частиц. Античастицы имеют такую же массу, спин и время жизни как и частицы, но у них противоположные знаки электрических зарядов, магнитных моментов, барионных и лептонных зарядов. Однако среди них имеются, так называемые, истинно нейтральные частицы, у которых все характеристики совпадают. К ним относятся фотон (γ-квант) и π0-мезон. По современным представлениям [5,с.149] характерной особенностью поведения пар частица-античастица является тот факт, что при столкновении они аннигилируют. Процессы аннигиляции идут с сохранением энергии, импульса, электрического и других зарядов.
Рис. 1 Два вида аннигиляция электронпозитронных пар
Так, при столкновении пары электрон-позитрон низких энергий (e-,e+), при нулевом спине (J = 0) испускается, вследствие закона сохранения зарядовой четности, четные числа γ-квантов (практически два фотона. При средних энергиях сталкивающихся частиц происходит взаимопревращение пар частиц в более легкие частицы, а при столкновении высокоэнергичных частиц, легкие частицы могут аннигилировать с образованием более тяжелых частиц. Так, например, в экспериментах со встречными пучками электрон – позитронных пар с энергией в 1 Гэв наблюдались два вида процессов аннигиляции (Рис.1).
При столкновении протон-антипротонных пар они могут аннигилировать следующим образом:
Следует отметить, что наряду с аннигиляцией, трансформацией вещества в излучение, также широко известен и обратный процесс, рождение пар частица-античастица из энергии Проведенные расчеты показали, что для возникновения пар частица – античастица необходима энергия, значительно превышающая удвоенную энергию покоя пары. Так, для создания пары протон – антипротон, масса покоя которых составляет не более Гэв, необходимо затратить энергию в размере около 4,4 Гэв. Аннигиляция [1,с.183] является лидером по выделению энергии по сравнению с другими аналогичными процессами существующими в природе. К примеру, при аннигиляции 1 грамма антивещества выделяется 1014 джоулей, в то время как при делении 1 грамма урана выделяется 1011 джоулей.
Выше приведенный литературный обзор свидетельствует о том, что в настоящее время накоплен богатый материал о рождении пар частица-античастица и их аннигиляции [4,с.224] Материалы о существовании в природе античастиц и их взаимодействии с частицами подтверждены экспериментально и всесторонне теоретически обоснованы, но вместе с тем оставляют и ряд нерешенных вопросов и проблем. Вот некоторые из них В чем заключается физический смысл аннигиляции и почему при этом выделяется такое огромное количество энергии? Какие факторы влияют на внутреннюю перестройку легких аннигилирующих части при образовании из них более тяжелых? На эти вопросы, по мнению автора, определенный физически осмысленный ответ можно получить с помощью смоделированной системы взаимодействия материи и пространства, базирующейся на следующих принципах.
ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Изложены в статье «Образование химических элементов в недрах звезд-результат взаимодействия материи и пространства.
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
В рамках смоделированной системы механизмы взаимодействия аннигилирующих части и их рождение представляются следующим образом:
1. Аннигиляция свободных низкоэнергетических пар частица-античастица
Электрон представляет собой «конструкцию» из отрицательно заряженных частиц (простонв), вытянутых в силовые линии пространства, а позитрон из положительно заряженных частиц (гравитонов), также вытянутых, за счет отталкивания одноименных зарядов, в силовые линии. При движении электрон расширяет силовые линии пространства, а позитрон их сжимает. В первом случае выделяется энергия материи, затраченная на их сжатие, а во втором выделяется энергия пространства, затраченная на преодоления их отталкивание. Если скорость движения обоих частиц значительно ниже субсветовой скорости, то величина их кинетической энергии лежит в пределах, при которых считается, что частицы обладают низкой энергией. Столкновение свободных низкоэнергетических, обладающих энергией 511 кэВ, электрона и позитрона приводит к разрушению их «конструкций». При этом разрываются связи между частицами, составляющими их, простонами и гравитонами, с выделением энергии связи —энергии материи и пространства. Так как, кинетическая энергия электрона и позитрона при их столкновении переходит энергию пространства, то соотношение её в общем балансе энергий имеет некоторое преимущество перед энергией материи. Но его недостаточно, чтобы потерявшие связи свободные простоны и гравитоны перестроить в новые частицы. В итоге вся выделившаяся энергия переходит в энергию двух квантов. Разлетающихся в противоположные стороны (Рис.2)
2. Аннигиляция свободных высокоэнергетических пар частица-античастица
Столкновение высокоэнергетических электрон-позитронных пар. Движущихся с субсветовыми скоростями и обладающих энергией в 1 Гэв. Также вызывает разрушение связей между составляющими их простонами и гравитонами, с выделением соответствующих объемов энергии матери и пространства. При этом объем выделившейся энергии пространства становится достаточным для перестройки свободных простонов и гравитонов в другие виды пар частица-античастица, в частности, в положительно и отрицательно заряженные мюоны (и Выделившаяся энергия материи переходит в кинетическую энергию новых частиц. которые лазлетаются в разные стороны (Рис.3).
3. Рождение электрон-позитронных пар в результате взаимодействия фотона с внешним электрическим полем.
Кроме процессов аннигиляции пар частица-античастица, также известен обратный процесс рождения фотоном электрон-позитронных пар. Происходит это под воздействием на фотон внешнего электрического поля или другого фотона. Хорошо изучен этот процесс в кулоновском поле атомного ядра. Влетающий в это поле высокоэнергетический фотон электрона взаимодействует (интерферирует) с фотонами (переносчиками материальной энергии) этого поля. Рождение электрон —позитронной пары происходит лишь в том случае, если энергия фотона не менее суммы масс покоя обоих частиц.
Ef = mc2 = 1,02Мэв.
Согласно базовым принципам смоделированной системы фотон представляет собой энергетический пакет материальной энергии, который переносится силовыми линиями пространства При взаимодействии (интерференции) фотонов материальная энергия высокоэнергетического фотона трансформируется в энергию пространства. В результате из силовых линий пространства образуется электрон, а из гравитонов, образовавшихся вследствие обратного перехода остатка энергии пространства, формируется позитрон (Рис 4).
Рис 2. Схема аннигиляции электрон-позитронной пары с энергией 511 кэВ
Рис. 3 Схема аннигиляции электрон-позитронной пары с энергией 1Гэв
Рис 4. Схема рождения электрон-позитронной пары фотоном с энергией 1,02 Мэв.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении можно сделать следующие выводы:
1. При аннигиляции происходит разрушение связей между неделимыми частицами (простонами и гравитонами) составляющими аннигилирующие частицы. Из которых затем воссоздаются новые формы частиц и античастиц. Основным «архитектором» перестройки является энергия пространства.
2. Многократное превышение выделяющейся при аннигиляции энергии над другими процессами выделения объясняется тем, что даже при самом высокоэнергетическом процессе выделения термоядерном синтезе, её выделяется не более 1% от массы ядра, а при аннигиляции вся энергия, затраченная на связь между простонами и гравитонами обоих частиц выделяется в виде свободной энергии.
3. Фактически обнаружить в настоящее время отрицательно заряженные силовые линии пространства ни экспериментами, ни наблюдениями невозможно, ибо на данный момент ни каких измерительных приборов для этого не существует Однако косвенных доказательств правомерности существования силовых линий пространства в реальности можно привести значительное количество. Вот некоторые из них:
– Материя находится в непрерывном движении. Источником этого движения является энергия, выделяемая при движении гравитонов в силовых линиях пространства.
– Скорость падения материального тела не зависит от массы. Масса тела – это совокупность гравитонов. Скорость тела при падении – это не результат сложения скоростей всех гравитонов, а скорость движения отдельно взятого гравитона, которая определяется степенью деформации силовых линий пространства
– В природе нет химических элементов, ядра которых (кроме ядра легкого водорода) содержали бы одни протоны, хотя, именно. они определяют эффективный заряд ядра. Это обусловлено тем. что электроны, входящие в состав нейтронов, расширяют силовые линии пространства внутри ядра. В результате не происходит через мерного сжатия ядра, поддерживается определенный порядок нуклонов, входящих в состав ядра, обеспечивается его геометрически пространственное положение, от которого зависит форма и пространственная направленность действия электронных облаков Все это в совокупности и определяет физические свойства элементов.
– Солнце сжимает силовые линии пространствавокруг себя на расстоянии более 50 а. е. Материальные тела, удаляющиеся от Солнца при своем движении сжимают силовые линии пространства в направлении своего движения. За пределами солнечной системы силовые линии пространства менее формированы (сжаты), то есть более расширены, поэтому космические аппараты, выходя из солнечной системы должно затрачивать определенное количество энергии на дополнительное затрачивать определенное количество энергии на дополнительное сжатиесиловых линий пространства в направлении своего вижения, а это должно вызывать снижение их скорость
– Нейтрино беспрепятственно пронизывает земной шар потому, что он, как и другие материальные тела имеет силовые линии пространства свободные от гравитонов.
– При боковом освещении зеленых растений их листья принимают такое пространственное положение, при котором угол падения на них световых лучей максимально приближен к 90 градусам. Это объясняется тем, что в этом случае энергии большинства фотонов становится достаточным, чтобы сжать силовые линии пространства до величины, достаточной для фотолиза воды. При значительных отклонениях угла падения количество таких фотонов уменьшается и интенсивность фотосинтеза падает. По этой же причине листья зеленых растений имеют плоскую форму.
ЛИТЕРАТУРА
1. Власов Н.А Антивещество М.; Атомиздат,.1966, с.184
2. Дирак П. Пути физики Пер. с анг. М.; Энергоиздат 1983, с.88
3. Марков М.А О природе материи. М.; Наука, 1977, с.199
4. Окунь Л.Б Физика элементарных частиц. М.; Наука, 1984, с.224