Изложена новая модель атомных ядер в виде конструкций, собранных из прямоугольных тетраэдров, моделирующих отдельные нуклоны. Соединение тетраэдров-нуклонов осуществляется путем объединения вершин оснований, в которых расположены кварки. Показано, что тетраэдрная модель позволяет вычислить все физические величины, которые характеризуют атомные ядра.

Введение. Истоки тетраэдрной модели

Данная работа является заключительной в серии работ [1-7], в которых излагается новая модель атомных ядер. В соответствие с данной моделью, ядра представляют собой конструкции, построенные из прямоугольных тетраэдров, которые моделируют нуклоны, соединенные посредством кулоновского взаимодействия кварков, расположенных в вершинах основания данных тетраэдров.

Прежде чем излагать тетраэдрную модель ядра, обсудим ее истоки. Тетраэдрная модель «выросла» из проективной концепции Мироздания, в соответствие с которой Вселенная образована из объектов внутреннего пространства, имеющего форму проективного пространства в 3-х своих разновидностях: вещественного (RР³), комплексного (СР³) и кватернионного (НР³) [8].

Примечание. Внутреннее пространство – это то «невидимое», из чего (по словам апостола Павла) произошел видимый мир.

Проективные пространства наделены симметриями, которые позволяют объяснить происхождение всех взаимодействий, причем достаточно симметрий, которыми обладают проективные прямые RР¹, СР¹, НР¹. Все взаимодействия осуществляются с помощью проективных прямых, которые соединяют частицы во внутреннем пространстве.

Примечание. Например, электромагнитное взаимодействие осуществляется благодаря обмену отрезками ориентированных (вращающихся) RP¹-прямых, и группой симметрии является не группа U(1), а изоморфная ей группа RP¹.

Пространство-время обязано своим существованием внутреннему пространству: пространство-время представляет собой множество значений однородных аффинных координат, которые являются естественными (предпочтительными) координатами аффинно-проективного внутреннего пространства.

Примечание. Данное понимание пространства-времени объясняет все наиболее фундаментальные свойства: 4 измерения, направленность и необратимость времени [8].

Материя также берет свое происхождение из внутреннего пространства: все частицы материи образованы из 2-х элементов внутреннего пространства: связки проективных прямых и находящейся в центре связки замкнутой поверхности. Разные типы частиц отличаются друг от друга лишь видом центральной поверхности: центральным кором электронов является односторонняя сфера, для нейтрино кором служит односторонний тор, адроны построены на основе поверхности Боя.

Наличие 3-х семейств частиц материи обусловлено тем, что во внутреннем СР³-пространстве выделена бесконечно удаленная прямая и получившееся при этом СР³\СР¹-пространство является 3-связным. В зависимости от того, в какой из 3-х компонент связности внутреннего СР³\СР¹-пространства расположена связка прямых, частица принадлежит первому, второму или третьему семейству.

Античастицы отличаются от частиц ориентацией (направлением вращения) прямых связки: центральным кором частицы и античастицы является одна и та же поверхность, однако RР¹-прямые связки совершают вращение в разных направлениях: у положительно заряженных частиц (античастиц) – в направлении от центрального кора к бесконечности, а в случае отрицательно заряженных частиц (античастиц) – от бесконечности к кору.

Богатый спектр адронов объясняется тем, что связка прямых может распределяться по трем лепесткам поверхности Боя различными способами, и каждый способ порождает особый вид адронов. В процессе распределения связки, на каждый лепесток приходится 1/3 доля полной связки, поэтому минимальный заряд одного лепестка равен (1/3)е, е – единичный заряд, порождаемый (полной) связкой прямых. Однако доля, приходящаяся на один лепесток, может перейти на соседний лепесток, вследствие чего заряд данного лепестка будет иметь величину (2/3)е. Именно таким образом образуются кварки 2-х разновидностей: нижние и верхние. Кварки представляют собой лепестки поверхности Боя вместе с связанной с данным лепестком долей связки прямых.

Проективная модель кварков объясняет сам факт существования кварков, наличие дробного заряда величиной 1/3 или 2/3, а также всех 6 кварковых ароматов. Квантовые числа «нижний», «верхний», «странный», «очарованный», «красивый», «истинный» являются не более чем обозначением одного из 6 возможных свойств доли связки прямых, соединенной с данным лепестком поверхности Боя.

Находит объяснение природа конфайнмента кварков: отсутствие свободных кварков обусловлено невозможностью отделения лепестков поверхности Боя.

Примечание. Кварки не являются первичными элементами Мироздания, а образуются в процессе рождения адронов, когда происходит соединение связки прямых с поверхностью Боя. Удержание кварков в адронах не требует какого-либо физического взаимодействия: это геометрическое свойство лепестков поверхности Боя.

Важнейшим следствием изложенного понимания физической природы кварков является то, что кварки занимают внутри нуклонов фиксированное положение, а именно, кварки располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя, где происходит фокусирование долей связок проективных прямых.

Благодаря тому, что кварки располагаются в вершинах лепестков, т.е. вблизи поверхности нуклонов, расстояние между кварками соседних нуклонов может быть сделано значительно меньше расстояния между кварками в самих нуклонах: для этого достаточно развернуть нуклоны друг к другу участками поверхности, в которых находятся кварки. В этом случае u-кварки и d-кварки оказываются разделенными тонким слоем поверхности вблизи вершин лепестков и интенсивность кулоновского притяжения возрастает до величины, которая достаточна для объединения нуклонов в атомные ядра.

Цель работы

Заложить основы тетраэдрной модели ядра, способной дать единое описание всех известных свойств атомных ядер.

Содержание работы

В первой части изложены основные положения тетраэдрной модели ядер.

Во второй части показано, что структура ядер аналогична структуре молекулы.

В третьей части предложено объяснение 3-х наиболее экзотических свойств ядер.

I. Основные положения тетраэдрной модели ядра

Исходное положение тетраэдрной модели: нуклоны имеют форму поверхности Боя, а кварки располагаются в вершинах 3-х лепестков поверхности Боя.

В свою очередь, поверхность Боя имеет форму трилистника, и этот трилистник может быть представлен в виде прямоугольного тетраэдра, у которого вершина, составленная из 3-х прямых углов, соответствует центральной части трилистника, а 3 вершины основания – вершинам 3-х лепестков.

Таким образом, нуклоны имеют форму прямоугольного тетраэдра, в 3-х вершинах основания которого находятся заряды: у нейтронов заряды имеют величины (-1/3, +2/3, -1/3), а у протона (+2/3, -1/3, +2/3).

Примечание 1. Расстояния между всеми тремя кварковыми зарядами в нейтроне и в протоне имеют одну и ту же величину, равную радиусу нуклона ~ 0,86 Фм. Кулоновская энергия притяжения разноименных кварков одинакова, однако энергия отталкивания одноименных кварков в нейтроне в 4 раза меньше, чем в протоне. Несложные расчеты показывают, что за счет указанного различия кулоновской энергии кварковых зарядов, масса нейтрона должна быть на 0,6 Мэв больше массы протона, что составляет примерно половину разницы масс нейтрона и протона (~ 1,3 Мэв).

Примечание 2. Данная модель строения нуклонов позволяет объяснить значительную часть массы нуклонов: эта масса может быть порождена кулоновским взаимодействием виртуальных («морских») кварков, находящихся в лепестках поверхности Боя. Достаточно предположить, что толщина границы раздела лепестков в центральной части (где происходит «смыкание» лепестков) на 2-3 порядка меньше толщины этих же лепестков в их вершинах, чтобы энергия кулоновского взаимодействия морских кварков соседних лепестков достигла величины порядка 1 Гэв.

Примечание 3. Проективная модель нуклонов предсказывает, что внутри нуклона должны наблюдаться пространственные структуры, образованные тремя лепестками, а также общей для всех 3-х лепестков центральной частью. Размер этих структур должен иметь величину, равную примерно половине радиуса нуклона, т.е. ~ 0,43 Фм. Объекты такого размером действительно обнаружены внутри протонов (УФН, 2018 г. т. 188, №4 с. 439), что косвенно подтверждает модель нуклона в виде поверхности Боя.

Объединение нуклонов в ядра осуществляется за счет кулоновского притяжения кварковых зарядов, расположенных в вершинах оснований тетраэдров-нуклонов. Когда расстояние между u-кварком и d-кварком становится равным ~ 0,05 Фм, энергия их кулоновского притяжения достигает ~ 6 Мэв, что в расчете на один кварк составляет ~ 3 Мэв. Каждый нуклон встраивается в ядерную конструкцию всеми тремя кварками, поэтому удельная энергия связи нуклонов должна иметь величину ~ 3*3 Мэв ~ 9 Мэв.

Именно такая величина удельной энергии связи наблюдается экспериментально: по энергетическому параметру тетраэдрная модель является имеет право на существование.

Примечание. В следующих разделах показано, что тетраэдрная модель способна объяснить все без исключения свойства, которыми обладают атомные ядра.

В одной точке могут сходиться вершины сразу нескольких тетраэдров-нуклонов, а именно, n вершин, в которых находятся u-кварки, и m вершин, в которых находятся d-кварки. В результате такого объединения образуются объекты, которые носят название «(n,m)-узлы», и эти узлы являются наиболее важными элементами ядер: количество, вид и расположение (n,m)-узлов определяют все физические свойства конкретного ядра.

Примечание. Для образования (n,m)-узлов существенно, что положение кварков в вершинах тетраэдров-нуклонов (внутри лепестков поверхности Боя) фиксируется силами не электрической природы: (n,m)-узлы аналогичны объектам, которые получаются при объединении заряженных концов диполей в количестве (n + m) штук.

Все имеющиеся в ядре кварки объединены в (n,m)-узлы. Набор пронумерованных (n,m)-узлов носит название «кварковая формула». Кварковая формула показывает распределение кварков по объему ядра.

Задача тетраэдрной модели в том, чтобы построить ядерные конструкции всех ядер, и исходя из вида этих конструкций, определить кварковые формулы, на основании которых вычислить все физические величины, характеризующие каждое атомное ядро.

Каждое атомное ядро образуется определенным количеством нуклонов путем объединения всех 3-х кварков каждого нуклона в (n,m)-узлы.

Для наглядного представления ядерных конструкций вводится ядерный каркас, который составлен из правильных тетраэдров, грани которых конгруэнтны основаниям тетраэдров-нуклонов. Ядерный каркас строится путем наложения граней правильных тетраэдров: к четырем граням центрального тетраэдра прикладываются основания 4-х тетраэдров, затем на боковые грани этих тетраэдров накладываются основания 12 новых тетраэдров и т.д. Составляющие каркас тетраэдры выполняют функцию ячеек, в которые встраиваются тетраэдры-нуклоны: каждое ядро получается в результате размещения определенного количества тетраэдров-нуклонов в ячейках каркаса.

При встраивании в ячейку тетраэдра-нуклона, его основание совмещается с одной из граней ячейки. Поскольку кварки располагаются вблизи вершин оснований, то при встраивании нуклонов в ячейки каркаса, кварки автоматически располагаются вокруг узлов каркаса, в результате чего происходит формирование (n,m)-узлов: узлы ядерного каркаса выступают в качестве геометрических центров (n,m)-узлов.

Положение всех ячеек ядерного каркаса относительно центральной (нулевой) ячейки строго фиксировано. Приняв нулевую ячейку за начало отсчета и введя систему координат с началом в центре нулевой ячейки, можно найти координаты центров и узловых точек всех остальных ячеек и, тем самым, пронумеровать все ячейки и узлы ядерного каркаса. Соответственно, это позволяет пронумеровать все составляющие ядро нуклоны, а также – все (n,m)-узлы, которые образованы вокруг узлов ядерного каркаса.

Чтобы полностью описать ядерную конструкцию, необходимо указать номера ячеек ядерного каркаса, в которых расположен каждый нуклон, а также номера узлов каркаса, в которые встроены 3 кварка данного нуклона. Полное описание атомного ядра осуществляется с помощью кварк-нуклонной формулы (^АХ) = ∑№(N)_ijk, здесь № – номер ячейки, которую занимает данный нуклон, N – тип нуклона (р или n), ijk – номера узлов, в которые встроены 3 кварка нуклона (подробнее см. [7]).

Зная кварк-нуклонную формулу, можно легко посчитать количество u-кварков и d-кварков в каждом из узлов ядерного каркаса, т.е. найти упорядоченный набор всех (n,m)-узлов {^АХ} = ∑(n,m)_i, который представляет собой кварковую формулу ядра.

Нахождение кварк-нуклонной и кварковой формул полностью определяет геометрические и физические свойства ядра: размер, форму, момент количества движения, электрический и магнитный моменты.

II. Ядра, как молекулы из (n,m)-узлов

В соответствие с тетраэдрной моделью, ядра имеют структуру, аналогичную структуре молекул: ядра можно рассматривать как «нуклонные молекулы», в которых функцию атомов выполняют (n,m)-узлы (а не нуклоны).

Жесткая связь между (n,m)-узлами обеспечивается ребрами оснований тетраэдров-нуклонов. В нуклонных молекулах (ядрах) эти ребра выполняют функцию, аналогичную отрезкам, которые соединяют атомы при графическом изображении обычных молекул.

Внутри ядер (n,m)-узлы располагаются даже более регулярно, чем атомы в молекулах: каждый (n,m)-узел отстоит от соседних узлов на одно и то же расстояние, равное длине стороны основания тетраэдров-нуклонов.

Все ядерные конструкции образуются в результате встраивания тетраэдров-нуклонов в ячейки ядерного каркаса. Встраивание возможно только при совмещении оснований тетраэдров-нуклонов с гранями ячеек каркаса. При таком совмещении вершины оснований совпадают с вершинами граней, что автоматически приводит к формированию (n,m)-узлов. Вид (n,m)-узлов и их расположение внутри ядерной конструкции определяет вид нуклонной молекулы, т.е. тип ядра.

Таким образом, все нуклонные молекулы строятся по единому плану. Прежде всего, строится ядерный каркас, выполняющий функцию «строительных лесов». Блоками этих «строительных лесов» (ячейками ядерного каркаса) служат правильные тетраэдры, размер граней которых совпадает с размером оснований тетраэдров-нуклонов. При встраивании тетраэдров-нуклонов в ячейки каркаса происходит образование ядер, после чего о самом каркасе можно «забыть» (от него остаются только номера ячеек и узлов).

Элементами, которые скрепляют тетраэдры-нуклоны в ядерных конструкциях, служат (n,m)-узлы, которые автоматически формируются вокруг узлов ядерного каркаса.

Тетраэдрная модель, в которой ядра предстают в виде молекул из (n,m)-узлов, позволяет объяснить все физические свойства, которые присущи атомным ядрам.

Перечень свойств, которые должны найти объяснение в модели, которая будет адекватно отражать физическую природу атомных ядер, включает следующие пункты:

1. величина удельной энергии связи нуклонов и энергия отделения нуклонов,

2. размер ядер,

3. наличие магических ядер,

4. величины спинов и четностей,

5. особенности ядерных спектров,

6. величины электрических и магнитных моментов.

1. Оценка величины энергии связи нуклонов в рамках тетраэдрной модели была получена в первой части. Наблюдаемая величина энергии связи достигается за счет того, что кварки соседних нуклонов сближаются на предельно малое расстояние, составляющее (удвоенную) толщину поверхностного слоя нуклонов. Это расстояние составляет сотые доли Фм, и на таком расстоянии величина кулоновского взаимодействия кварков достигает нескольких Мэв, которая требуется для удержания нуклонов в ядрах.

У значительного числа ядер энергия отделения отдельных нейтронов или протонов превышает удельную (среднюю) энергию связи нуклонов. В оболочечной модели этот факт объясняется тем, что внешние нуклоны полностью заполняют очередную оболочку. При этом упускается из виду то обстоятельство, что превышение (над средней величиной) энергии связи внешних электронов означает, что энергия связи внутренних нуклонов должна быть меньше удельной энергии связи (удельная энергия имеет смысл средней энергии связи всех нуклонов ядра).

Примечание. С точки зрения оболочечной модели этот вывод выглядит весьма странно: энергия нуклонов, расположенных на внутренних оболочках меньше энергии нуклонов на внешних оболочках (в центрально-симметричном поле такое невозможно).

Тетраэдрная модель объясняет указанное распределение энергии нуклонов в зависимости от расстояния от центра ядра особенностью конструкций указанных ядер. В данных конструкциях нуклоны, входящие в состав внешнего слоя, встроены в (n,m)-узлы, в которых энергия взаимодействия в расчете на один кварк выше, чем в (n,m)-узлах, которые расположены во внутренней части ядра. Соответственно, в данных конструкциях внешние нуклоны связаны сильнее, чем внутренние.

Примечание. Данные ядра напоминают орехи, у которых скорлупа является более жесткой, чем само ядрышко.

2. В отличие от сфер, тетраэдры могут быть соединены друг с другом значительно большим числом способов, чем простое касание сфер. Благодаря этому, конструкции с большим числом нуклонов, могут иметь меньшие габаритные размеры (за счет более компактного расположения нуклонов). Это объясняет немонотонный характер изменения радиуса ядер: при увеличении числа нуклонов, размер ядерных конструкций может не только увеличиваться, но и уменьшаться (зависимость радиуса ядер от числа нуклонов в области легких ядер весьма «изрезанная»).

Еще одним важным фактором, влияющим на размер ядра и приводящим к значительным «скачкам» радиуса ядер при изменении количества нуклонов, является то, что ось, вокруг которой происходит вращение ядра, обычно не проходит через геометрический центр ядра. В этом случае «видимый» размер ядра оказывается равным расстоянию от оси вращения до наиболее удаленного (n,m)-узла ядерной конструкции, а это расстояние превышает геометрический радиус конструкции.

3. Периодическая зависимость физических свойств ядер от числа нуклонов обусловлена тем, что при четном количестве нуклонов число кварков в ядре также будет четным, а при нечетном числе нуклонов – нечетным. Соответственно, во втором случае ядерная конструкция непременно будет содержать хотя бы один нечетный (n,m)-узел, тогда как в первом случае все (n,m)-узлы могут быть четно-четными. Свойства данных типов ядер (в частности, энергия отделения нуклонов) должны различаться, что и наблюдается для каждой пары соседних (четного и нечетного) ядер.

Примечание. Для объяснения данной зависимости нет необходимости вводить силы спаривания, как часть еще более неопределенного «остаточного взаимодействия»: функцию «сил спаривания» выполняет симметрия ядерных конструкций и реализация принципа Паули для кварков в составе (n,m)-узлов.

Когда происходит полное заполнение очередного слоя ядерного каркаса, отличие физических свойств данного ядра от свойств соседних ядер имеет наибольшую величину: данные ядра получили наименование магических ядер. Количество ячеек в каждом из слоев именно такое, которое требуется для получения магических чисел.

Примечание. Магические ядра возникают не из-за заполнения нуклонами орбит, по которым якобы вращаются нуклоны в невесть откуда взявшемся центральном поле, а вследствие заполнения слоев ядерного каркаса.

Эта же самая причина объясняет существование «полумагических» ядер. В этих ядрах внешний слой каркаса не заполнен полностью, однако нуклоны в этом слое располагаются симметричным образом, и кварковая формула также симметрична, благодаря чему свойства данных ядер приближаются к свойствам магических ядер.

4. Результирующий спин ядер складывается не из спинов нуклонов, а из спинов (n,m)-узлов. В самих (n,m)-узлах сложение спинов кварков осуществляется в соответствие с принципом Паули. Если узел четно-четный, то спин равен нулю, если нечетный – спин 1/2, а в случае нечетно-нечетного узла спин равен 1. Нуклоны укладываются в ядерном каркасе таким образом, чтобы как можно большее количество (n,m)-узлов были четно-четными, а количество нечетных и нечетно-нечетных узлов было минимальным.

Вследствие указанной причины, спин даже самых тяжелых ядер, в которых количество кварков составляет несколько сотен, не превышает нескольких единиц. В основном состоянии четно-четных ядер все (n,m)-узлы являются четно-четными, либо имеется четное количество одинаковых нечетных узлов, расположенных в пределах одной ячейки, спины которых компенсируют друг друга, и результирующий спин четно-четных ядер оказывается равным нулю.

Принципиально иное решение в рамках тетраэдрной модели находит вопрос о четности ядер. В оболочечной модели четность или нечетность ядер определяется произведением четностей внешних нуклонов, определяемой четностью или нечетностью орбитальных моментов этих нуклонов, а форма ядра вообще не учитывается, точнее, предполагается, что эта форма всегда четная (эллипсоид вращения). Согласно тетраэдрной модели, ядра являются четными или нечетными в зависимости от 2-х факторов:

а) четным или нечетным является количество нечетных (n,m)-узлов,

б) является ядерная конструкция симметричной или нет.

5. В общепринятой модели ядра возбужденные состояния ядер возникают в результате перехода нуклонов, вращающихся в центральном поле, создаваемом ядерными силами, на более высокие «орбиты». Согласно тетраэдрной модели, данные типы уровней ядерного спектра образуются вследствие перестановок нуклонов между ячейками ядерного каркаса, а также вследствие изменения расположения нуклонов в ячейках (тетраэдры-нуклоны «пристыковываются» своими вершинами к другим узлам каркаса).

Наличие у ядер «молекулярной» структуры приводит к наличию большого числа колебательных и вращательных уровней, которые обусловлены колебанием и вращением ядерных конструкций, как целого. Кроме того, возможно существование уровней, отвечающих колебаниям и вращениям отдельных субъединиц данных конструкций: эти субъединицы могут быть образованы как из отдельных нуклонов, так и из (n,m)-узлов.

6. Электрические и магнитные моменты ядер в тетраэдрной модели вычисляются также принципиально отличным образом по сравнению с общепринятыми моделями.

Вычисление электрического момента отличается в следующих пунктах:

а) точкой, относительно которой вычисляется степень сферической не симметрии в расположение зарядов внутри ядра, является электроцентр (а не центр масс),

б) формула, по которой производится вычисление электрического квадрупольного момента отличается от классической формулы множителем (-3).

Примечание 1. Электроцентр вычисляется по барицентрической формуле, в которую вместо масс подставлены заряды.

Примечание 2. Наличие множителя (-3) обусловлено тем, что квадрупольный момент создается кварковыми зарядами, минимальная величина которых составляет 1/3 единичного заряда, и, вследствие того, что знак кварковых зарядов внутри ядра противоположен знаку зарядов этих же самых кварков во внешнем пространстве (т.к. поверхность ядер состоит из односторонних поверхностей нуклонов).

Данная модель образования квадрупольного момента объясняет, почему квадрупольный момент некоторых ядер имеет весьма большую величину. В модели деформированного ядра объяснение сводится к тому, что ядра имеют форму вытянутых или сплюснутых эллипсоидов. Однако, если заряды распределены по объему эллипсоидов равномерно, степень деформации данных ядер получается чрезвычайно большой и причина столь большой деформации остается неизвестной.

Примечание. В обобщенной модели ядра в качестве такой причины указывается влияние внешних нуклонов, однако это влияние количественно не просчитано, а из общих соображений кажется маловероятным, чтобы столь небольшое количество нуклонов (иногда – один нуклон) оказывали столь большое влияние на форму ядра, тем более, что в одних ядрах такое влияние имеется, а в других (соседних) ядрах – отсутствует.

В тетраэдрной модели чрезвычайно большое значение квадрупольного момента отдельных ядер объясняется тем, что сплюснутыми или вытянутыми являются ядерные конструкции данных ядер, причем крайне неравномерным является распределение u-кварков по объему данных конструкций: большая часть u-кварков концентрируются либо в одной плоскости, либо в одном направлении. В первом случае ядра имеют большие положительные значения квадрупольного момента, а во втором случае – большие отрицательные значения.

Примечание. Никого не удивляет наличие сильно вытянутых или сильно сплюснутых молекул, – точно также и с ядрами. Кстати, благодаря неравномерному распределению зарядов, параметр деформации может быть значительно меньше тех величин, которые вычисляются в модели деформированных ядер.

Отличие в вычислении магнитного момента также сводится к 2 пунктам:

а) магнитный момент создается, преимущественно, вращением заряженных (n,m)-узлов, которое эти узлы совершают вместе с вращением ядра, как единого целого,

б) в классическую формулу для вычисления магнитного дипольного момента вводится множитель (+3).

Примечание 1. Вращение индивидуальных нуклонов также дает вклад в магнитный момент, однако это не орбитальное движение вокруг ядра, а вращение в 2-х ячейках ядерного каркаса: в своей собственной ячейке и в (свободной) ячейке, которая граничит с исходной ячейкой по грани, которую занимает основание данного нуклона (ось вращения данного нуклона лежит в плоскости этой грани, являясь одной из ее высот).

Примечание 2. Множитель (+3) обусловлен тем, что магнитный момент создается кварковыми зарядами и их движение происходит в обычном пространстве.

При вычислении магнитных моментов, оболочечная модель дает более-менее приемлемые результаты, описываемыми линиями Шмидта, только для случаев, когда ядро содержит один избыточный нуклон сверх заполненной оболочки или, наоборот, одного нуклона не достает для заполнения оболочки. Для большинства ядер предсказания оболочечной модели явно неудовлетворительные.

Тетраэдрная модель предлагает единый механизм возникновения магнитного момента нуклонов и ядер. Все магнитные моменты порождаются классическим способом: за счет круговых токов, которые создаются при вращении заряженных (n,m)-узлов и отдельных кварков, когда происходит вращение, как целого, ядер и отдельных нуклонов.

Примечание. Для объяснения магнитных моментов нуклонов и ядер нет необходимости привлекать квантовую хромодинамику: достаточно законов классической электродинамики.

III. Объяснение ядерных эффектов в рамках тетраэдрной модели

Если тетраэдрная модель соответствует действительности, то она должна объяснить все эффекты, которые обнаружены в ядрах в течении 100 лет интенсивных исследований. Рассмотрим 3 таких эффекта, которые обнаружены несколько десятилетий назад, однако до сих пор не нашли объяснение в многочисленных моделях ядер, разработанных к настоящему времени:

1. наличие в ядрах многокварковых образований («флуктонов»),

2. скачкообразное увеличение момента инерции ядра (эффект «бекбендинга»),

3. испускание крупных ядер («кластерная радиоактивность»).

1. Считается, что существование в ядрах флуктонов является хорошо установленным фактом, вытекающим из экспериментов по кумулятивному рассеянию: результаты этих экспериментов можно объяснить только тем, что используемые в экспериментах частицы сталкиваются с более массивными образованиями, чем отдельные нуклоны. Из этого делается «логичный» вывод, что данные образования формируются из 2-х, 3-х или более нуклонов (считается, что ничего другого в ядрах нет и быть не может), а механизмом такого формирования являются флуктуации, возникающие при движении нуклонов внутри ядра. Данные образования и получили наименование «флуктоны».

Тетраэдрная модель предлагает совершенно иной механизм формирования многокварковых образований. Этот механизм – сближение кварков, принадлежащих соседним нуклонам, когда эти нуклоны поворачиваются друг к другу вершинами лепестков, в которых располагаются кварки. Как нетрудно понять, данные многокварковые образования и представляют собой (n,m)-узлы.

Таким образом, объекты, более массивные, чем отдельные нуклоны, в ядрах действительно существуют, однако эти объекты образованы не в результате флуктуации, а являются неотъемлемыми частями ядерных конструкций: они непременно возникают при образовании ядерных конструкций. Благодаря этим объектам, а именно (n,m)-узлам, нуклоны удерживаются внутри этих конструкций, что и приводит к образованию ядер.

Отличие (n,m)-узлов от флуктонов состоит в том, что их заряд не обязательно должен быть целочисленным. Дробный заряд (n,m)-узлов может быть легко обнаружен, поэтому модель многокварковых образований в виде (n,m)-узлов допускает экспериментальную проверку: эксперимент должен подтвердить, что в ядрах существуют именно (n,m)-узлы, а не флуктоны.

2. Эффект «бэкбэндинга» заключается в скачкообразном увеличении момента инерции ядра при увеличении момента количества движения. Общепринятое объяснение эффекта «бэкбэндинга» основывается на введении гипотезы, что внутри ядер примерно половина нуклонов находится в состоянии сверхтекучести вследствие наличия между нуклонами «энергии спаривания».

Примечание. Почему не переходит в сверхтекучее состояние вторая половина нуклонов, хотя между ними также действуют силы спаривания, – об этом сверхтекучая теория ядер умалчивает.

По мнению автора, гипотеза о существовании в ядрах сверхтекучести ошибочна. Как указано выше, физической энергии, которая обеспечивает «спаривание» нуклонов, не существует, поэтому никакой сверхтекучести внутри ядра не должно быть и общепринятое объяснение эффекта «бекбендинга» не соответствует действительности.

Согласно тетраэдрной модели, эффект «бекбендинга» объясняется следующим образом. При небольших моментах количества движения, во вращении участвуют только внешние слои ядерной конструкции, а внутренняя часть ядра остается неподвижной. При увеличении момента количества движения, за счет скачкообразного увеличения параметра «сцепления» внешнего и внутреннего слоев, во вращение вовлекаются внутренние слои ядерной конструкции, благодаря чему момент инерции также скачкообразно увеличивается примерно в 2 раза, что и наблюдается экспериментально.

Когда будут построены ядерные конструкции тяжелых ядер, данная модель «бекбендинга» может быть количественно просчитана, и полученные результаты можно будет сравнить с экспериментальными данными.

3. Кластерная радиоактивность.

В существующих моделях кластерной радиоактивности остается необъясненным самая первая стадия данного процесса, а именно, стадия образования кластеров. Вероятность образования в совокупности движущихся с почти релятивистскими скоростями устойчивых образований, содержащих один, два или даже три десятка нуклонов, чрезвычайно мала, поэтому вероятность испускания кластеров, содержащих столь большое число нуклонов, также должно быть пренебрежимо мала, так что эффект кластерной радиоактивности не должен наблюдаться.

Согласно тетраэдрной модели, почти готовые ядра-кластеры постоянно существуют в материнском ядре, являясь субъединицами ядерной конструкции данного ядра. Достаточно относительно небольшой флуктуации, приводящей к «откалыванию» данных субъединиц и присоединения к ним одного или нескольких нуклонов, чтобы сформировалось полноценное ядро-кластер, после чего это ядро за счет туннельного эффекта покидает материнское ядро, что и приводит к кластерной радиоактивности.

Заключение

В работе излагаются основы тетраэдрной модели ядра, в соответствие с которой ядра образуются путем объединения вершин основания прямоугольных тетраэдров-нуклонов, в которых располагаются входящие в состав нуклонов кварки. При таком объединении кварки сближаются на расстояние порядка сотых долей Фм, вследствие чего кулоновское взаимодействие между ними достигает величины нескольких Мэв, что вполне достаточно для удержания нуклонов в ядрах.

Согласно тетраэдрной модели, введение гипотезы о существовании сильного межнуклонного взаимодействия является излишним: взаимодействие между нуклонами, благодаря которому происходит формирование атомных ядер, имеет электромагнитную природу. Данное понимание природы межнуклонного взаимодействия объясняет все его свойства, которые установлены экспериментально:

1. независимость от типа нуклона,

2. зависимость от скорости нуклонов,

3. зависимость от спина нуклонов,

4. нецентральный характер,

5. свойство насыщения.

Все эти свойства являются прямым следствием того, что взаимодействие между нуклонами – это сумма кулоновских взаимодействий, в которых участвуют тройки кварков, входящих в состав каждого нуклона (более детально см. [6-7]).

Примечание. Внутри нуклонов сильное взаимодействие также не требуется: тройки кварков в нуклонах неразрывно связаны друг с другом вследствие геометрической природы поверхности Боя (на основе которой образованы все адроны).

Ядра образуются за счет кулоновского взаимодействия кварков, сближенных на расстояние, много меньшее размеров самих нуклонов.

Суть тетраэдрной модели ядра сводится к построению ядерных конструкций, составленных из моделирующих нуклоны прямоугольных тетраэдров.

Соединение нуклонов в ядерные конструкции осуществляется путем объединения кварков, расположенных в вершинах оснований тетраэдров. Образующиеся при таком объединении (n,m)-узлы служат креплениями ядерных конструкций.

Упорядоченный набор (n,m)-узлов, образованных в узлах ядерного каркаса, носит название кварковой формулы, которая позволяет вычислить все физические величины, которыми обладают атомные ядра. В свою очередь, кварковая формула легко находится из кварк-нуклонной формулы, описывающей ядерную конструкцию в целом и показывающей расположение нуклонов во всех ячейках ядерного каркаса, а также расположение в узлах каркаса всех принадлежащих нуклонам кварков.

Тетраэдрная модель показывает, что ядерные конструкции можно рассматривать как молекулы, в которых функцию атомов выполняют (n,m)-узлы.

Примечание 1. С исторической точки зрения, «молекулярная» модель атомных ядер выглядит вполне естественно. В первые 40 лет после открытия ядра (до 1951-53 годов) господствовало убеждение, что ядра имеют сферическую форму. Последние 65 лет ни у одного из «серьезных» физиков не вызывало сомнение, что практически все ядра имеют форму эллипсоидов вращения. В ближайшие нескольких лет должна начаться третья стадия в понимании структуры ядра, когда будет признано, что ядра могут иметь произвольную форму (как это имеет место для молекул).

Примечание 2. Рассмотрение ядер, как молекул, уже встречалось в литературе, однако эти молекулы рассматривались состоящими из нуклонов. Между тем, полная аналогия с молекулой достигается в том случае, если в качестве элементов («атомов») нуклонных молекул принять не нуклоны, а (n,m)-узлы.

В следующей серии работ вычисления электрического и магнитного моментов ядер от ²Н до ¹⁶О, описанные в работах [1-7], будут повторены с большей точностью.

Если вычисленные значения этих моментов (а также моментов ядер, которые пока не измерены), совпадут с экспериментальными величинами, тетраэдрную модель можно будет рассматривать как подтвержденную экспериментом теорию атомного ядра.

Выводы

1. Тетраэдрная модель атомных ядер является частью проективной модели строения материи, согласно которой нуклоны образованы на основе поверхности Боя, а сама эта поверхность имеет форму прямоугольного тетраэдра.

2. Суть тетраэдрной модели заключается в том, что ядра представляют собой конструкции, построенные из моделирующих нуклоны прямоугольных тетраэдров путем объединения вершин оснований, в которых расположены кварковые заряды.

3. Каждый нуклон встроен всеми тремя кварками в 3 узла ядерного каркаса, построенного путем наложения граней правильных тетраэдров, и совокупность кварков вокруг каждого из узлов каркаса образует (n,m)-узел.

4. Набор пронумерованных (n,m)-узлов представляет собой кварковую формулу, которая определяет распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра и позволяет вычислить все физические параметры ядра.

5. Ядра имеют вид молекул, в которых функцию атомов выполняют (n,m)-узлы, а жесткие связи между (n,m)-узлами образуются благодаря соединяющим эти узлы ребрам оснований тетраэдров-нуклонов.

6. Показано, что примерно половина разницы масс нейтрона и протона имеет кулоновское происхождение и высказана гипотеза, что значительная часть массы нейтрона и протона также имеет кулоновскую природу.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Строение ядер (I) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24325, 05.03.2018

2. В.А. Шашлов, Строение ядер (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24360, 20.03.2018

3. В.А. Шашлов, Строение ядер (III) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24377, 26.03.2018

4. В.А. Шашлов, Строение ядер (IV) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24471, 08.05.2018

5. В.А. Шашлов, Строение ядер (V) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24523, 29.05.2018

6. В.А. Шашлов, Строение ядер (VI) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24558, 15.06.2018

7. В.А. Шашлов, Строение ядер (VII) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24655, 23.07.2018

8. В.А. Шашлов, «Метафизика», 2018, 2 (28), с. 75