CC BY
53
УДК 539.1.01
Н.Г. ВОДЯНОВ
ОСНОВЫ СТРУЙНОЙ ТЕОРИИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Ключевые слова: адроны, лептоны, кварки, бозон Хиггса, фундаментальные взаимодействия и скорость их распространения, физическое пространство, теория струй.
На основе простых физических предположений показано существование наряду со скоростью света ещё трёх величин, являющихся скоростями распространения некоторых потоков энергии.
Их взаимодействие с фундаментальной частицей с массой Планка приводит к рождению частиц, массы которых совпадают с массами наблюдаемых частиц, относящихся к разным классам, а также частиц с массами, выходящими за пределы шкалы известных масс. Предполагается, что одна из них может быть отождествлена с бозоном Хиггса.
N.G. VODYANOV
BASES OF THE STREAM THEORY OF THE ELEMENTARY PARTICLES
Key words: hadrons, leptons, quarks, Higgs's boson, fundamental interactions and their propagation velocity, physical space, the theory of the streams
In this article the existence of three values along with the velocity of the light, which is the velocity of spreading some torrents of energy on the basis of elementary physical suppositions is shown. Their interaction with the fundamental particle with the mass of Plank, brings the formation some particles having the mass which coincide the masses observing particles, which belong to different classis and also the particles, having masses exceeding the scale of known masses. It is supposed, that one of them can be identified with the boson Higgs.
В настоящее время принято считать, что нуклоны, входящие в состав атомного ядра, и все тяжёлые частицы - адроны (барионы и мезоны) - состоят из более простых частиц, которые принято называть фундаментальными. В этой роли выступают кварки. На другом структурном уровне такими фундаментальными частицами выступают лептоны.
Предполагается, что кварки, и лептоны не обладают никакой структурой. Однако, как показано в работе [2], для объяснения некоторых характеристик свободного электрона, таких как спин, магнитный момент и другие, необходимо ввести предположение о сложной структуре электрона и вакуума. По-видимому сложной структурой обладают и кварки.
К настоящему времени в природе открыты четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Среди физиков широко распространено мнение, что все они есть проявления единого взаимодействия. И в связи с этим предпринимаются различные попытки их объединения, сведения этих взаимодействий к одному, универсальному взаимодействию, т. е. созданию такой теории, которая бы их объединяла.
В августе 2008 г. в Европейском центре ядерных исследований (CERN) был запущен большой адронный коллайдер. Цель запуска - решить проблемы, которые имеются в физике элементарных частиц, с целью построения единой теории.
Основные положения струйной модели. В этой работе мы выдвигаем ряд предположений, которые, как нам кажется, позволят выяснить некоторые аспекты существующих проблем в физике элементарных частиц:
1. Всё геометрическое пространство заполнено некоторой субматерией (см., например, [3]) являющейся первичной сущностью всех к настоящему времени
известных в физике видов материи. Их реализация в определённую физическую форму (вещество—поле) определяется конкретными физическими условиями.
2. Каждая «точка» (как угодно малая область физического пространства) такого пространства является источником - стоком этой первичной материи. Это означает, что в каждой точке существуют потоки субматерии, реализующиеся как непрерывно, так и в виде некоторых пульсирующих струй. Скорости распространения этих потоков различны. Их величины могут быть оценены из опыта.
3. Для построения более или менее приемлемой физической теории можно предположить:
3.1. Применимость известных экспериментально проверенных законов физики и возможность их экстраполяции в те области пространства-времени, которые пока недоступны для эксперимента (эксперименты на большом адронном коллайдере расширят границы этой области недоступности в область меньших расстояний и больших энергий).
3.2. Хотя применимость законов всемирного тяготения и Кулона проверены для разных расстояний (по существу, макроскопических для закона тяготения Ньютона), их справедливость экстраполируется и на микроскопические расстояния - внутриатомные, внутриядерные и субъядерные (внутрь структуры элементарной частицы).
3.3. Полагая справедливым предположение предыдущего пункта и сравнивая силы этих двух взаимодействий для как угодно малых расстояний, получаем результат, свидетельствующий о том, что должны существовать частицы (по меньшей мере - одна) с массой, совпадающей по порядку величины с массой Планка. Эти частицы будут играть основную роль в построении нашей теории.
3.4. Для конкретизации п. 1 и получения численных значений возможной величины скорости потоков воспользуемся известными результатами по определению скорости распространения электромагнитного взаимодействия (скорости света) как наиболее точно определённой физической величины. Скорость света, являющаяся фундаментальной физической постоянной, обусловлена некоторыми первичными свойствами физического вакуума, характеризуемыми такими величинами, как электрическая и магнитная постоянная. Заметим, что эти постоянные будут играть роль и в других физических процессах, уже неэлектромагнитных. Наиболее существенные результаты, и наиболее точные в физическом отношении, будут иметь место в тех областях пространства, где сравнимы интенсивности различных потоков субматерии (поскольку именно здесь физически они неразличимы).
Используемые предпосылки позволяют получить некоторые представления о взаимодействиях и установить начальные значения масс частиц, которые, как мы предполагаем, задают шкалу масс известных классов элементарных частиц, а также предсказывают существование других классов, ещё неизвестных, проявляющихся в результате взаимодействия с потоками этих струй.
О скорости распространения взаимодействий. Хорошо известно, что скорость распространения электромагнитного взаимодействия в вакууме совпадает со скоростью света. Она выражается через фундаментальные постоянные вакуума: электрическую и магнитную постоянные в0, Ц0:
с =
8 оМ' о •
(1)
Величину с будем рассматривать как некоторый коэффициент пропор-
ля Й V и обратно.
Кроме величины с рассмотрим ещё ряд величин а,Ь,й , которые будем отождествлять со скоростью распространения различных взаимодействий.
Для этой цели введём размерные коэффициенты а,в,у и определим эти скорости:
Физический смысл этого соотношения и коэффициентов а,в, у будет выяснен в дальнейшем.
Подставляя в формулы (2) численные значения коэффициентов (3), электрической и магнитной постоянной вакуума, находим
а=92 х 103см/с; Ь = 1,34х 103см/с; й = 0,28см/с; с = 3 х 1010см/с. (5)
Таким образом, из наших предположений следует, что существует четыре скорости, которые можно назвать фундаментальными и которые характеризуют распространение различных энергетических потоков. По-видимому, все они являются проявлением единого взаимодействия.
Воспользовавшись положением п.3.2 (предположим равенство кулоновских и гравитационных сил в некотором достаточно малом объёме пространства:
считать фундаментальным в силу фундаментальности величин: электрического заряда, электрической постоянной вакуума и гравитационной постоянной, посредством которых она определяется.
Мы предполагаем, что всё физическое пространство каким-то образом заполнено некоторыми частицами, имеющими указанное значение массы, но ненаблюдаемыми в обычных условиях.
Реально наблюдаемые элементарные частицы (лептоны, барионы, мезоны и др.) появляются в результате взаимодействия энергетических потоков с этой фундаментальной частицей.
Исходя из четырёх взаимодействий, имеющих различные скорости распространения, получаем массы частиц, которые являются основоположниками четырёх классов частиц. Оценка их масс задаётся простым принципом.
циональности, связывающий переход от энергии вещества тс2 к энергии по-
(2)
Коэффициенты а,в,у измеряются в следующих единицах:
(3)
и удовлетворяют уравнению
(4)
Gm0 = е2 /4п80),
(6)
находим массу
Её численное значение равно 1,859х10 9 кг. Это значение массы будем
Из соотношения Эйнштейна s = mc2 находим массу частицы: m = s / c2, где энергия частицы определяется скоростью движения потока (струи) энергии соответствующего поля s = m0v2/2. Таким образом, искомые массы родоначальников семейств элементарных частиц определяются по единой формуле
m{ = m0v2/2c2, (8)
где Vj заменяем соответствующими значениями скоростей a,b,d из формул (2).
Проведённые выше рассуждения основаны на предположении, что физическое пространство как угодно плотно заполнено фундаментальными частицами массы m0, которые «омываются» потоками энергии (струями) различных фундаментальных полей.
Поэтому в формуле (8) использовано значение кинетической энергии фундаментальной частицы, движущейся по отношению к соответствующему потоку. При малых скоростях потока естественно применять классические формулы, хотя для дальнейшего развития подхода потребуются релятивистские обобщения.
Формула (8) позволяет оценить массу покоя частиц, соответствующих каждому потоку:
ma = 9 х 10-18 г = 50 х105 rev; mb = 2 х10 -21 г =103 Геу;
a 29 b (9)
md = 8 х 10 - 29 г = 0,045Mev.
Сравнивая эти значения с массами известных элементарных частиц, замечаем, что масса md на порядок меньше массы покоящегося электрона; в то время как mb примерно в пять раз больше массы самого тяжёлого из известных частиц стандартной модели i-кварка. Имеется соблазн сопоставить эту массу mb с массой частицы Хиггса (Higgs particle). Масса ma вообще выходит за пределы шкалы масс экспериментально наблюдаемых при современных энергиях ускорителей частиц. Однако, как отмечено в [1], имеется основание считать, что шкала масс частиц, которые будут появляться в объединённой теории, будет намного большей. Эксперименты на большом адронном коллайдере в ближайшее время в какой-то мере позволят дать ответ на этот вопрос.
Заметим, что для получения всего спектра наблюдаемых элементарных частиц необходимо будет учесть взаимодействие потоков, а также выяснить смысл соотношений (2)-(5) и их связь с известными фундаментальными взаимодействиями.
В заключение отметим, что наши предположения приводят к идее непрерывного рождения материи в виде частиц вещества в любой точке пространства. Однако рождение частицы, доступной экспериментальному наблюдению при взаимодействии струи с фундаментальной частицей, происходит с малой вероятностью. В большинстве случаев струя разбивается на мелкие капли (брызги), в результате чего появляются ненаблюдаемые частицы, которые, по-видимому, и образуют тёмную массу материи во Вселенной.
Литература
1. Вайнберг С. Единая физика к 2050 году / С. Вайнберг // http:// www.scientific.ru/ journal/weinberg/weinberg/html.
2. Водянов Н.Г. Релятивистская модель осциллирующего электрона в физической системе электрон-вакуум / Н.Г. Водянов // Вестник Чувашского университета. 2007. № 2. С. 12-20.
3. Водянов Н.Г .Математические модели квантовой теории /Н.Г.Водянов // Мат. модели и их приложения: сборник научных трудов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2005. Вып. 7. С. 133-144.
ВОДЯНОВ НИКОЛАИ ГРИГОРЬЕВИЧ родился в 1939 г. Окончил Московский государственный университет. Доцент кафедры медицинской и биологической физики Чувашского государственного университета. Область научных интересов - квантовая теория взаимодействия. Автор 70 научных статей и 7 учебных и справочных пособий.
