Электронное нейтрино, из чего состоит и как устроено. Квантовая модель.

Когда и как появилось понятие нейтрино? Просмотрим путь появления нейтрино.

В конце ΧΙΧ века Анри Беккерель обнаружил неизвестное излучение урана − самого тяжелого по тем временам элемента. Это излучение засвечивало фотопленку, при облучении тела приводило к возникновению язвы. Причем важно было то, что в какое бы соединение не входил уран, он показывал одно и то же излучение. Значит излучал сам уран.

В 1899 году Э.Резерфорд экспериментально установил, что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

1. Лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами;

2. Лучи второго типа обычно отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц, их назвали β-лучами;

3. Лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением.

Как потом выяснилось дальше это свойство присуще не только урану, а и многим другим элементам таблицы Менделеева и особенно изотопам этих элементов. Но в различных элементов излучение часто было разным. Были обнаружены элементы, которые излучали только β-лучи. То есть распад элемента происходил по схеме X₁ → X₂ + e^-. Все элементы в этой формуле были понятны ученым. Это распад назвали β-распадом

Но в начале ХХ века при изучении β-распада радиоактивных ядер появилась проблема - нарушение законов сохранения энергии. Когда подсчитывали энергию элемента X₁ а затем сумму энергий элемента X₂ и элемента e^- (электрона), то оказывалось, что они не совпадают. Нильс Бор и тут отличился – он уже был готов отменить закон сохранения энергии. И слава Богу не додумались это приписать дефекту масс, как при рассмотрении устройства ядра.

В общем начали думать и решили, что, наверное, есть еще какая-то непонятная для нас частица, которая и уносит или добавляет часть энергии. В 1934 году Энрико Ферми, разработавший теорию бета-распада, придумал для этой частицы название – «нейтрино». Слово нейтрино с итальянского переводится как «нейтрончик».

Теперь формула распада должна была выглядеть так: X₁ → X₂ + e^-+ ν . Частица ν и является этим “нейтрино”. Так впервые математически появилась эта частица. Вот пример распада:

Нейтрино было экспериментально обнаружено в 1956 году командой под руководством Клайда Коуэна и Фредерика Райнеса. И то фактически было обнаружено не нейтрино, а антинейтрино и через это косвенно доказывалось существование собственно нейтрино. Об этом хорошо рассказано в статье http://nuclphys.sinp.msu.ru/neutrino1/neutino01.htm.

Это все интересно, но еще интересней теория появления нейтрино. Откуда берутся эти самые нейтрино? Как они появляются в природе? Это мы и попытаемся узнать. То, что нейтрино рождаются на Солнце, в космосе и в реакторах на Земле является фактом, и у меня в этом нет сомнений. Но каким путем рождаются эти элементы следует рассмотреть внимательней.

Согласно современной теории существует три типа нейтрино. Первым появилось электронное нейтрино, затем появились мюонное нейтрино и тау-нейтрино. Электронным нейтрино назвали потому, что оно возникает совместно с электроном, а мюонное нейтрино рождается вместе с мюоном. А тау-нейтрино рождается совместно с тау-лептоном (таоном).

Электронное нейтрино получается в результате β-распада нейтрона. Лежит какой-нибудь элемент, например, цезий и вдруг один из его нейтронов распадается на части: протон и W^-–бозон. Вот диаграмма Фейнмана, показывающая схему распада:

И это уже является чудом, которое никто из ученых даже не пытается объяснить. Дело в том, что современная наука считает, что нуклоны состоят из кварков и глюонов. Причем кварки и глюоны относятся к фундаментальным частицам, то есть без структурным не делимым частицам. От кварка невозможно отщипнуть ни малейшего кусочка его субстрата (того из чего он состоит). Мало того невозможно выделить один кварк из нуклона. Все три кварка в нуклоне скреплены намертво глюонами (клеем). Если вы не доверяете мне, то можете прочесть книгу “Частицы и атомные ядра”, написанную учеными Б.С. Ишхановым, И.М. Капитоновым, Н.П. Юдиным. Это учебник одобрен ученым советом Московского Государственного университета во главе с ректором В.А. Садовничим. Материал этого учебника рекомендован для изучения в передовых вузах нашего государства. Не знаю переведена ли эта книга для зарубежных студентов. Но идеи, изложенные в этом учебнике, распространены везде, ибо много материала всемирного.

Ну так вот: кварк d элементарен неделим, его нельзя изолировать от других составляющих нейтрона, вдруг делится на кварк u и бозон W^-. Получается, что кварк d составной и не фундаментален, как об этом рассказывается в учебнике.

Да и это еще не все. Посмотрим на табличку стандартной модели:

Видите, какая масса d-кварка, u-кварка и W^-–бозона? Сложите их: 4.8МэВ/c²≠2.3МэВ/c² +80.4ГэВ/c². Ну как можно разделить 4 килограмма яблок на 2 яблока и 20 000 килограмм яблок? Да никак.

А дальше этот W^-–бозон, с массой 80.4ГэВ/c² распадается на электрон с массой 0.511МэВ/c² и электронное антинейтрино с массой <2.2эВ/c². Природа где-то одолжила 80.4ГэВ/c² энергии, вырвала такой же кусок энергии из куска энергии 4.8МэВ/c², а потом свернулась в два маленьких кусочка энергии.

Но главную проблему β-распада – закон сохранения энергии – диаграмма Фейнмана и Стандартная модель не решают. Энергия кварка d, равная 4.8МэВ/c² больше суммы энергий кварка u 2.3МэВ/c², электрона 0.511МэВ/c² и электронного антинейтрино <2.2эВ/c². Общая сумма энергии меньше 2.9МэВ/c². Ну не совпадают цифры, хоть ты тресни. Чтобы все совпало надо, чтобы антинейтрино обладало энергией 4.8 – 2.3 – 0.511 = 1.989МэВ.

Нет сомнения, что масса электронного нейтрино такая же, как и масса антинейтрино. Правда ловить нейтрино оказалось много сложнее, нежели ловить антинейтрино, о чем рассказано в вышеуказанной статье. Электронное нейтрино образуется, например, в таком β-распаде:

Нейтрино рождается не только в результате β-распада, но и в реакции, называемой e-захватом.

В этом случае протон захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон и при этом излучается электронное нейтрино. Вот схема:

На уровне нуклонов это выглядит так: p⁺ + e^-→n+ν_e. Подсчитаем сумму энергий до захвата и после захвата. 2.3 (u) + 0.511 (e^-)→4.8 (d) + 0.0022 (ν_e). Как видите и этом случае не соблюдается закон сохранения энергии.

Возможно я чего-то не понимаю и допускаю где-то грубую ошибку, но мне кажется, что общепринятая концепция строения и функционирования электронного нейтрино не верна. Мне видится мир намного проще. В нашем мире существуют магнитные и электрические поля и этого достаточно, чтобы из этого построить все что существует. Эти поля двух полярностей мы можем наблюдать как приборами, так и органолептически (например, наэлектризована одежда может нас ударять). Из этих 4-х видов полей природе удалось построить конструкцию в виде кванта. Об этом рассказывается в статьях “Квант, из чего он состоит.” и “Квант энергии, как устроен и как движется.”. Особенностью этой конструкции является свойство двигаться самостоятельно без потери энергии. Это диалектическое свойство, как и ощущение.

Вторым важным свойством квантов является то, что однородные кванты могут группироваться в блоки любой длины, образовывая элементарные фотоны. Квант обладает самой малой порцией энергии, но набор квантов в фотон, может обладать любым количеством энергии. То есть энергия фотона зависит не от частоты, а от количества квантов в нем.

Следующее свойство фотонов, заключается в том, что они могут конденсироваться на некоторых кусочках того или иного вида поля, как молекулы воды конденсируются при образовании росы или тумана. В результате этой конденсации образуются всевозможные частицы, как и разные капельки росы. Некоторые из них, такие как электрон, позитрон, протон и некоторые другие оказываются довольно устойчивыми. Они не распадаются века. А некоторые другие частицы, например, нейтрон, мюон и множество других, которые наблюдали ученые, оказываются не стабильными и быстро распадаются. Но все, буквально все, частицы состоят из одного и того же материала – из магнитных и электрических поле в основном в виде вихрей.

По этой причине распад любой частицы происходит либо на несколько сконденсированных частиц, либо, при полном испарении, на фотоны различной энергии, либо на любую комбинацию фотонов и конденсированных частиц. Причем если в исходном объекте было, допустим, 1000 квантов, то при любом делении объекта суммарное количество квантов останется таким же. В этом и заключается закон сохранения энергии.

И так, самой маленькой энергией обладает 1 квант. В два раза больше энергии в фотоне, состоящего из 2-х квантов и так далее. В фотоне из двух квантов, десяти квантов или даже тысячи квантов все равно немного энергии. Так как наша Вселенная расположена под кривой излучения абсолютно черного тела, где фотоны обладают довольно большой энергией, то фотоны меньших энергий не работают с нашими частицами. Эти частицы не могут поглощать фотоны малых энергий. Точнее они их поглощают, но тут же излучают (ретранслируют). Каждая частица обязательно примеряет на себя, попавший на нее фотон. Иначе в природе ничего бы не происходило, не было бы и нас. Такие фотоны или одиночные кванты могут проходить через любые скопления вещества, не взаимодействуя с ним. Об этом можно прочесть в статьях “Откуда берутся кванты и фотоны” и “Воздействие силы на электрон”.

Такие короткие фотоны представляют реликтовое излучение. Одиночные кванты могут генерироваться покоящимися частицами. Только на покоящемся электроне или позитроне сверху находится одиночный квант. И достаточно небольшой ускоряющей силы, подействовавшей на частицу, чтобы этот квант излучился. Чтобы частица излучила следующий фотон, состоящий из двух квантов, надо приложить большую ускоряющую силу и так далее. Это примерно так как происходит с полной чашей жидкости. Если чашу заполнить водой до краев, то, как только мы попытаемся ее перенести, вода будет стремится перехлестнуть через край чаши. Чем быстрее мы будем пытаться передвинуть чашу, тем больше воды выплеснется из нее. С квантами и фотонами происходит то же самое.

Наличие большого количества одиночных квантов и коротких фотонов, в виде реликтового излучения, говорит о том, что в какое-то время наша Вселенная в какое-то мгновение оказалась неподвижной, а затем ускорилась (возможно и сейчас ускоряется) и сейчас движется со скоростью, при которой излучаются и поглощаются в основном фотоны, которые и показывает нам абсолютно черное тело.

Одиночные кванты и короткие фотоны могут генерироваться и в ядерных реакторах или в соответствующих ускорителях. В этих установках удается путем сложения различных движений получить результирующую нулевую скорость частицы. Она то и сможет излучить одиночный квант или короткий фотон. В обычных условиях получить покоящуюся частицу невозможно. Например, связанный электрон вращается вокруг ядра, вместе с ядром вращается с вращением Земли вокруг своей оси, Земля движется вокруг Солнца, а солнечная система несется куда-то во Вселенной. Да, наверное, и Вселенная не стоит на месте. Конечно, можно построить фотонный компас и узнать в каком направлении и с какой скоростью мы движемся, но этим никто не занимается.