Сергей Семиков - Баллистическая теория Ритца и картина мироздания

Рассмотрим теперь нейтрон. В нём число электронов равно числу позитронов. Поменяв их местами, казалось бы, ничего не изменим. Но, на деле, нейтрон и антинейтрон отличаются. Похоже, что электроны и позитроны располагаются в нейтроне не симметрично. Об этом говорит уже тот факт, что нейтрон обладает магнитным моментом, который исчезал бы при симметричном размещении частиц. Наличие структуры и асимметричное расположение зарядов разного знака у нейтрона доказано и его зондированием. Оно выявило в нейтронах точечные заряды, — партоны, причём в центре нейтрона больше положительных зарядов, чуть дальше от центра преобладают отрицательные, а на поверхности — снова положительные [165]. У антинейтрона структура обратная. Зато у η-мезона, как легко видеть (Рис. 120), распределение зарядов симметрично, потому и нет у этой частицы заряда, магнитного момента и античастицы.

О сложной пространственной структуре частиц говорит и асимметрия иных распадов: у многих частиц в магнитном поле бóльшая часть продуктов распада летит в неком избранном направлении. Эта асимметрия — следствие асимметричного строения частицы, ориентированной магнитным полем. Так, опыт показал, что ядра 60Co, ориентированные магнитным полем (направленным вверх), испускали электроны в β-распадах преимущественно вниз (в 60 % случаев) [85, 86]. Та же асимметрия обнаружилась и в распадах элементарных частиц, таких как π- и μ-мезоны, Λ 0-гиперон. Видно, процент распадов в данном направлении определяется формой, прочностью частицы в разных её участках или процентом частиц данной формы, испускающих продукты распада в данном направлении. Отметим, что В. Паули считал такую асимметрию невозможной, причём, — как раз потому, что принимал квантовую бесструктурную модель частиц и ядер. По той же причине он ошибочно отвергал идею спина, вращения частиц, имеющего прямое отношение к асимметрии их распадов (§ 3.19, § 5.7).

Итак, античастицы — это ещё не антиматерия. В них почти поровну материи (электронов) и антиматерии (позитронов). Это следует из отсутствия пар у истинно нейтральных частиц и того, что лишь у электрона контакт с античастицей ведёт к аннигиляции. Так, при контакте нейтрона с антинейтроном они не исчезают, а образуют протон и антипротон (аннигилируют лишь входящие в них электрон и позитрон). Протон и антипротон при контакте тоже не исчезают, а образуют каскад пионов. Это — естественно, если протоны, как многие другие частицы, состоят из крупных блоков в виде мюонов и пионов, — обычных продуктов распада (§ 3.8). Выходит, раз в случае антипротонов нет аннигиляции, то их не следует считать антиматерией.

И, всё же, античастицы из истинной антиматерии существуют: это позитроны и образующие их ареоны (§ 3.20). Какова же природа этой самой антиматерии, — материи и массы со знаком минус? По одной из гипотез, античастицы представляют собой те же частицы, только движущиеся назад во времени. Вот почему античастицы (позитроны) движутся под действием ударов потока реонов в сторону, обратную движению частиц (электронов). Впрочем, этот вопрос выходит далеко за рамки современной физики, поэтому рассмотрим его подробней ближе к концу книги (§ 5.6).

Пока же отметим, что, возможно, эта временнáя асимметрия и порождает асимметрию свойств электронов и позитронов, от которой электроны часто встречаются в свободном состоянии и образуют оболочки атомов, тогда как позитроны в свободном состоянии отсутствуют, зато преобладают в связанном виде внутри ядер, протонов, придавая им положительный заряд. Объяснить эту асимметрию мира можно, вспомнив о возможной асимметрии параметров частиц (§ 1.17): если радиус электрона r , и он испускает в единицу времени N реонов, то у позитрона радиус чуть больше R=r +Δ, и испускает он ежесекундно n ареонов. Поскольку сила F = knr 2воздействия одного заряда на другой пропорциональна числу испускаемых первым частиц — на сечение (квадрат радиуса) второго (Рис. 45), то всего существует четыре разных силы:

1) сила отталкивания электрона другим электроном F 1= kNr 2= knr 2(1+2Δ /r+ Δ 2 /r 2);

2) сила отталкивания позитрона другим позитроном F 2= knR 2= knr 2(1+2Δ /r+ Δ 2 /r 2);

3) сила притяжения электрона позитроном F 3= knr 2;

4) сила притяжения позитрона электроном F 4= kNR 2= knr 2(1+4Δ /r+ 6Δ 2 /r 2).

Причём, асимметрия, разница размеров, как нашли выше, составляет ничтожную величину Δ/ r= 10 –21(§ 1.17). И, всё же, именно эта ничтожная разница, асимметрия размеров и сил, судя по всему, и приводит к асимметрии структуры нашего мира, порождая атомы с положительно заряженными ядрами — в окружении отрицательно заряженных электронов, которых много больше, чем свободных позитронов. Действительно, при указанном соотношении сил, позитрон всегда будет притягиваться нейтральной системой зарядов с удельной (приходящейся на единицу массы нейтральной частицы) силой W = F 4— F 2 = 2 knr Δ=2 F Δ/ r , а электрон будет отталкивается с удельной силой W = F 1— F 3=2 knr Δ (Рис. 123). Вот почему в нашем мире много электронов, образующих электронные оболочки атомов, а позитронов в свободном состоянии практически нет. По той же причине, ядра атомов заряжены положительно: в мире много протонов и крайне мало антипротонов.

Рис. 123. Притяжение позитронов с удельной силой W к нейтральной системе, сложенной из сотен электронов и позитронов, ведёт к образованию протонов, а отталкивание электронов с силой W вызывает распад нейтронов.

Электронов и позитронов во Вселенной, как говорилось, поровну (§ 1.6), но нейтральные частицы притягивают позитроны, образуя тяжёлые положительно заряженные частицы (протоны, ядра), и потому позитронов нет в свободном состоянии. А электроны, напротив, отталкиваются нейтральными частицами, и потому в нашем мире полно свободных электронов, образующих оболочки атомов, и нет свободных позитронов: все они связаны в протонах ядер. Эти силы W , нарушающие симметрию, крайне малы, но за необозримое время существования Вселенной они вполне могли привести системы элементарных частиц в состояние с наименьшей энергией, наблюдаемое ныне. Похожая ситуация имеет место и в мире атомов химических элементов: часть их пребывает в свободном, а часть — в связанном состоянии, за счёт разницы стягивающих атомы химических сил. Так, на Земле много свободного кислорода в виде молекул, атомов и отрицательных ионов, тогда как атомы водорода и его положительные ионы встречаются лишь в связанном виде (в составе воды и её кристаллов).