Строение атомного ядра в квантовой теории.

К нашему удивлению никакой удобоваримой модели строения атомного ядра по настоящее время в современной науке не существует. Зайдите в сеть и попытайтесь найти эту модель – у вас ничего не получится. Открываем “Физика 11 класс. Урок 27. Строение атомного ядра” (https://resh.edu.ru/subject/lesson/3889/start/290391/). Что здесь сказано о строении ядра: названы частицы, протон и нейтрон, из которых состоит ядро; указаны особенности ядерных сил, присутствующих в ядре; объяснен дефект масс, заключающийся в том, что сумма масс протонов и нейтронов, образующих ядро, не совпадает с массой ядра, как целого; рассказано об энергии связи и удельной энергии связи. Ни о положении нуклонов в ядре, ни о физических силах, которые поддерживают эту структуру как единое целое, ни об элементах, которые создают данные физические, ни о чем-нибудь другом существенном в этом уроке не говорится вообще.

”Ну …” – скажут многие – “взял школьную программу и рассуждает об атомных ядрах. Это же для учеников, а не для студентов, докторов и академиков. Для этого общества все по-другому”. Скажут и ошибутся. Именно это и знают все ученые на Земле и ничего более, хотя и пытаются понять, как устроено атомное ядро.

Многие не доверяют Википедии. А зря. Ведь создатели ее ничего сами не выдумывают, они просто находят где-то материал, потом ищут этот же материал в других источниках и затем публикуют его в Википедии. Ссылки на источники есть, в том числе и на очень уж научные статьи и учебники. Вот что, например, говорится в Википедии по поводу строения атомного ядра:

В процессе развития физики выдвигались различные гипотезы строения атомного ядра; тем не менее, каждая из них способна описать лишь ограниченную совокупность ядерных свойств. Некоторые модели могут взаимоисключать друг друга.

Статистическая модель ядра.

Нильс Бор, как всегда, оказался впереди планеты всей. Он понимал, как молекулы воды держатся в капле за счет сил поверхностного натяжения. Он подумал, а чем хуже протоны и нейтроны, нежели молекулы воды? Да ничем. Сделав такое предположение Бор подтвердил его математикой, в виде формулы Вайцзеккера. Все, модель готова, никаких других сил, удерживающих ядро как целое, искать не нужно.

Но некоторых ученых данная модель Бора не устраивала, и они предложили свою модель – оболочечную. Но из чего сделать оболочку, чтобы в нее поместить нуклоны, как картофель в мешок? Где взять материал, для такой оболочки (мешка). Оказалось, все это просто. В соответствии с принципом Паули на каждом энергетическом уровне с моментами j, l может находиться (2j + 1) тождественных нуклонов, образующих «оболочку» (j, l). Вот и готова “оболочка”. Те же нуклоны, только в другом состоянии. Хотите верьте, хотите нет.

Описания других моделей я не искал, но судя по их названиям, в их достоверности можно сомневаться. Но все-таки есть модель, которая мне представляется очень близкой к истине.

Как известно ядро обнаружил своими опытами Резерфорд. Не на бумаге, не в математических формулах, а именно в “железе”, как можно сказать сейчас. Он облучал тонкую фольгу из золота альфа-частицами, которые легко проходили через фольгу прямо, но некоторые частицы отклонялись от прямого пути, а некоторые, очень редкие, даже отскакивали назад. Это значило, что в фольге были какие-то твердые, непроницаемые для альфа-частиц, тела. Резерфорд предположил, что это ядра атомов и предложил планетарную модель атома. Но тут появились теоретики типа Бора, Шредингера и другие, которые дали свое толкование устройства атома, чем и заморозили изучение атома. Эта заморозка держится еще до сих пор. Никто до сих пор и не думает искать силы, которые удерживают всю конструкцию атома, как целое.

После открытия Резерфорда все бросились искать устройство ядра. Сначала экспериментально открыли протон, как положительно заряженную частицу. Заметим, что математика в этом действе не играла никакой роли. Затем обнаружили сильно проникающую частицу с массой равной массе протона. Обработка результатов этого эксперимента помогла ученым понять, что это без зарядная частица, которую и назвали нейтроном. Нейтральная она.

Но теперь перед учеными встала новая проблема. Если нейтроны не имеют заряда, то их можно собрать в кучку, ибо они не отталкиваются друг от друга. А как быть с протонами? У них есть заряд и они должны отталкиваться друг от друга. Ядро невозможно собрать в один устойчивый объект. Но ведь в жизни ядро существует объективно.

И вот что предложили и частично подтвердили некоторые ученые по этому поводу. Я приведу довольно длинную цитату из статьи https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ATOMNOGO_YADRA_STROENIE.html. Эта статья довольно длинная и ее вряд ли кто дочитывает до конца. А цитата как раз в конце статьи. Вот она:

“Пока что нет удовлетворительной теории ядерных сил, и проблема интенсивно изучается экспериментально и теоретически. Однако многие идеи, лежащие в основе «мезонной теории ядерных сил», опубликованной в 1935 Х.Юкавой, оказались в согласии с экспериментальными фактами. Юкава выдвинул гипотезу, что притяжение, удерживающее нуклоны внутри ядра, возникает благодаря наличию «квантов» некоего поля, аналогичных фотонам (световым квантам) электромагнитного поля и обеспечивающих взаимодействие электрических зарядов. … Масса квантов ядерного поля (названных «мезонами»), вычисленная по экспериментально измеренному радиусу действия ядерных сил, оказалась примерно в 200 раз больше массы электрона.

Хотя существование пи-мезонов и ободрило сторонников теории Юкавы, на ее основе оказалось весьма трудно правильно предсказать такие детальные свойства ядерных сил, как их насыщение, энергии связи и энергии ядерных уровней. Трудности математического характера не позволили точно установить, что именно предсказывает эта теория. Ситуация еще более усложнилась после открытия новых типов мезонов, которые, как считается, имеют отношение к ядерным силам”.

Отличная теория. И что она должна предсказывать? Она просто констатирует тот факт, что одна частица притягивается к другой при помощи некого “кванта”, аналогичного фотону. Мало того так этот “квант” обнаружили в космических лучах и ускорителях. Назвали этот “квант” пи-мезоном или пионом. Естественно, что когда силой разбивают ядро, то из него вылетают не поглощенные пионы. Пион непрерывно скачет между протоном и нейтроном меняя их статус местами. Нейтрон, поглотивший пион, не может его удержать в себе и тут же излучает его, превращаясь в протон. А, скажем так, старый протон поглощает это пион и превращается в новый нейтрон. Но и новый нейтрон не может удержать пион и излучает его. Так может продолжатся миллиарды лет.

А какие такие еще “детальные свойства ядерных сил” должна показать эта модель? Какое ”насыщение”? “Энергии связи” чего с чем? Какие “энергии ядерных уровней”? Все это лишь “Трудности математического характера”. Какое отношение они имеют к природе? Разве зная все эти параметры (насыщение, энергию связи, уровни) математика может указать на механизм притягивания одной частицы к другой? Ну нарисует какую-нибудь кривую с ямой и скажет: здесь положительный потенциал, вот частицы и притягиваются, а яму эту образуют ядерные силы. Наука не дает ни одной модели притяжения. Если альтернативщики предлагают хоть силы приталкивания одного тела к другому, то ученые не описывают это явление никак. Ну разве, что Эйнштейн силу притяжения заменил силой скатывания одного тела к другому. Ученые никак не поймут, как может этот пион, летящий на протон, может вдруг потянуть его на себя, да еще с такой большой силой, как ядерная. Оттолкнуть он может, а как может потянуть на себя? Может быть он как-то облетит протон и толкнет его, так сказать, в “спину”? Чепуха какая-то. А такие примеры, когда одно тело тянет на себя другое тело, есть даже в макромире. Это описано в статье “Гравитация”.

К сожалению, вмешательство математики в процесс построения модели атомного ядра капитально тормозит этот процесс. Ученые не пытаются понять физическую сущность сил, которые держат ядро, как целое, а ищут мифические насыщение, энергии связи и тому подобное.

Энергия, с которой пион тянет на себя нуклон очень большая. Мы знаем, что при аннигиляции электрона и позитрона выделяется большая энергия, а пион в 200 раз больше электрона. Вот это притяжение с энергией E=200m_ec² = m_pc², где m_e - масса электрона, а m_p - масса пиона, и есть ядерная сила.

Пион устроен абсолютно также, как и фотон, только он значительно длиннее, а, соответственно, обладает большей энергией, нежели фотоны, генерируемые электроном или позитроном.

Похоже на то, что в больших ядрах нуклоны взаимодействуют не попарно – свой протон и свой нейтрон, а обход нуклонов происходит по какому-нибудь определенному маршруту. Например, по окружности, или спирали, или еще как-то. То есть излученный пион не возвращается на предыдущий нуклон, а передается на следующий и так далее по кругу. В результате этого получается, как бы круговое движение положительных зарядов. Это как известно электрический ток. А именно ток и создает магнитное поле, что мы и наблюдаем в виде магнитного момента ядра.

Так или иначе, но какой-то регулярный порядок в строении атомного ядра должен быть обязательно. Если предположить, что предложенная квантовая модель устройства атома верна, то несомненно обменный фотон в атоме при отражении от ядра, должен попадать в определенную точку (нуклон), иначе может происходить спонтанное излучение, точно также, как непопадание обменного фотона на определенный электрон.

В заключение можно сказать, что модель ядерных сил, представленная в 1935 Х.Юкавой, является на данный момент самой правдоподобной. И когда мы научимся генерировать пионы и синтезировать протоны, то сможем монтировать и ядра. Золота и платины будет сколь угодно много.

Из сказанного выше и приведенной статьи можно сделать следующий вывод: пользуясь современной научной терминологией можно сказать, что пионы и являются тем глюоном (клеем), который “склеивает” ядро, как единое целое. А нуклоны устроены одинаковым образом, как электрон или позитрон.