Формирование структуры нуклона кварк-электрон и кварк-позитрон парами
Крушев Александр Анатольевич,
директор ЧУПТП «Восток плюс»,
Крушев Денис Александрович,
студент Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники,
Крушев Дмитрий Александрович,
студент Белорусского национального технического университета.
Рассматриваются механизмы формирования структур протонов, нейтронов, антипротонов и антинейтронов. Сделаны предположения: протон – электрон пара, нейтрон, антипротон – позитрон пара и антинейтрон имеют одинаковое количество связанных электронов и позитронов и являются аллотропными (фазовыми) модификациями нуклонов; структура нуклона формируется кварк – электрон и кварк – позитрон парами.
Введение
Развитие науки позволило определить, что все известные химические элементы состоят всего из трех основных составляющих: протона, электрона и нейтрона. Определено, что поглощение и излучение фотонов сопровождается дискретными изменениями энергий электронов в атомах. Дираком было сделано предположение о существовании античастиц. В результате было определено, что каждая элементарная частица имеет античастицу. Исследования фотоядерных реакций и исследования на ускорителях показывают, что из частиц могут формироваться античастицы.
К настоящему времени (март 2011 г.) накоплено большое количество экспериментальной информации по исследованию структур ядер атомов, протонов, нейтронов [1]. Остаются нерешенными такие вопросы, как механизмы сильных связей нуклонов в ядрах атомов, механизмы поляризации магнитных моментов протон – электрон пар в ядрах атомов, механизмы изменения энергий позитронов, механизмы образования антипротонов при столкновениях протонов в ускорителях и т.д.
Поэтому анализ структур протонов, нейтронов, антипротонов и антинейтронов является актуальным. Фундаментальная важность этой задачи обусловлена неразрешенностью многих вопросов астрофизики, ядерной энергетики и т.д.
Целью статьи является анализ структур протонов, нейтронов, антипротонов и антинейтронов.
Эта статья – попытка объединить в единой модели структуры атомов, нуклонов, антинуклонов и антиатомов. Вероятно, в статье есть ошибки. Авторы будут благодарны всем, кто укажет на них.
Анализ структур протонов и нейтронов
Исследование структур атомов и нуклонов является сложной задачей. При исследовании любого сложного явления основной задачей является его расчленение на простые составляющие с целью изучения их по отдельности, в стремлении воспроизвести исходное сложное явление.
В настоящее время достоверно известно, что основными частицами, формирующими обычные атомы, являются электрон, протон и нейтрон.
Каждая частица имеет античастицу – антипротон, позитрон, антинейтрино.
Исследование поступающих из космоса антипротонов и позитронов показывает, что они приходят из глубин космоса. Это свидетельствует, что в космическом пространстве позитрон и антипротон имеют длительные времена жизни, сравнимые с длительностью жизни электрона и протона. Следовательно, к антипротону и позитрону необходимо относиться как к стабильным частицам, так же как к протону и к электрону.
При облучении гамма- квантами некоторых атомов излучаются электрон
– позитрон пары 
,
а также есть сведения, что излучается молекулярный позитроний [2]. Некоторые
атомы, например 11C, 13N, 15O, 18F,
68Ga, 82Rb и др., излучают позитроны. Излучение обычными
атомами позитронов позволяет предположить, что позитроны присутствуют в ядрах
обычных атомов.
В статье [3] выдвинуты гипотезы:
1) в атомах протоны и электроны формируют электрически нейтральные связанные протон – электрон пары, имеющие внутренние свойства формирования дискретных энергий электронов;
2) в атомах для каждого электрона формируется индивидуальная эллиптическая оболочка.
В статье [4] сделаны выводы:
1) в атомах между протон – электрон парами существует электромагнитное взаимодействие;
2) формирование в атомах магнитных моментов вызвано фиксированными ассиметричными расположениями круговых токов связанных протон – электрон пар;
3) протон – электрон пары, расположенные во внутренних периодах, формируют внутриядерные энергетические уровни электронов.
Известно, что при захвате электрона ядром атома происходит переход протона в нейтрон, сопровождающийся гамма – излучением:
,
где 
–
протон; 
–
электрон; 
–
нейтрон; 
–
гамма излучение.
Наличие в атомах внутриядерных энергетических уровней электронов и переходы протонов в нейтроны при захвате электронов ядрами позволяет сделать предположение, что протон – электрон пара переходит в нейтрон при снижении энергий электрона до определенного нейтронного уровня.
Наличие в нейтронах магнитных моментов позволяет сделать предположение, что нейтрон является сложным и в нем присутствуют ориентированные приведенные круговые токи заряженных частиц. Следовательно, можно предположить, что при захвате электрона ядром атома электрон не останавливается, а переходит на более низкий внутриядерный энергетический уровень с излучением гамма – кванта и образованием из протон – электрон пары нейтрона. Следовательно, можно предположить, что протон – электрон пара отличается от нейтрона только энергией внешнего электрона. В нейтроне внешний электрон находится на более низком энергетическом уровне, чем в протон – электрон паре. Следовательно, протон – электрон пара и нейтрон являются аллотропными (фазовыми) состояниями нуклона и протон является ионизированным нуклоном.
Наличие магнитных моментов у протона и нейтрона позволяют предположить, что магнитные моменты протона и нейтрона вызываются внутренними приведенными круговыми токами нескольких заряженных частиц, энергии которых соответствуют внутриядерным энергетическим уровням.
В 1964 году М. Гелл-Манном и Дж. Цвейгом, а также в 1969 году Ричардом Фейнманом были сделаны предположения, что в протоне имеется три облака заряженных частиц и были выдвинуты гипотезы, что адроны состоят из специфических субъединиц – кварков (партонов).
Можно предположить:
1) каждая заряженная частица вращается относительно отдельного кварка;
2) магнитные моменты нуклонов определяются суммой магнитных моментов заряженных частиц вращающихся относительно кварков.
По принятой в настоящее время кварковой модели, протон и нейтрон состоят из трех кварков, каждый из которых имеет отдельное облако заряженных частиц.
Но данная модель не учитывает, что протон является ионизированным нуклоном. Нейтрон отличается от протона захваченным на внутриядерный энергетический уровень дополнительным одним электроном. Следовательно, в отличие от протона, в нейтроне должно присутствовать дополнительное облако траекторий захваченного электрона и нейтрон должен состоять из четырех облаков заряженных частиц. Следовательно, в нейтроне должно присутствовать четыре облака заряженных частиц и, соответственно, четыре кварка. Соответственно и в протоне должно сохраняться четыре кварка.
В настоящее время достоверно известно только о двух стабильных заряженных частицах, имеющих низкие массы – это электрон и позитрон. Следовательно, выше сделанное предположение о наличии в ядрах обычных атомов позитронов позволяет предположить, что в протон – электрон паре и в нейтроне четыре облака заряженных частиц формируются двумя электронами и двумя позитронами. Авторы считают, что можно обойтись без дробных электрических зарядов, предполагаемых в настоящее время в других кварковых моделях нуклонов. Это позволяет унифицировать модели структур атомов и нуклонов. Дробные заряды только значительно усложняют и запутывают структуру нуклонов.
Следовательно, можно предположить, что нейтральные нуклоны состоят из одинакового количества кварков и антикварков.
Можно предположить, что протон – электрон пара и нейтрон являются тетракварками (имеют четыре кварка) и состоят из двух кварк – электрон пар, имеющих по связанному внешнему электрону, и двух кварк–позитрон пар (антикварков), имеющих по связанному внешнему позитрону.
Можно предположить, что каждый электрон и позитрон, формирующий магнитные моменты нуклона, имеет внутреннее свойство дискретно изменять энергию и имеет индивидуальную вытянутую от центра нуклона эллиптическую оболочку. В нуклонах, кварки связаны между собой более сильными связями, чем ядерные, и находятся в центре нуклона (рис. 1 a), а объем нуклона разделяется на отдельные для каждого электрона и позитрона оболочки, соответственно имеющие отрицательные и положительные заряды (рис. 1 b). При этом нуклон имеет внутреннее свойство ограничивать энергии электронов и позитронов таким образом, что из отдельного нуклона на внешние энергетические уровни стабильного атома или антиатома может переходить только один электрон или один позитрон.
Рис. 1. a) Условная схема нуклонных энергетических уровней электронов и позитронов (тонкими линиями обозначены энергетические уровни электронов и позитронов в нуклонах; в центре темными секторами обозначены кварки); b) Условная схема расположения оболочек электронов и позитронов в нуклонах.
Анализ структур антипротонов и антинейтронов
Можно предположить, что по аналогии формирования протон – электрон пар антипротоны с позитронами должны формировать связанные антипротон – позитрон пары, имеющие общий нулевой электрический заряд и внутренние свойства формирования дискретных энергий позитронов.
Можно предположить, что по аналогии с переходами протон – электрон пар в нейтроны антипротон – позитрон пара при снижении энергии позитрона до антинейтронных энергетических уровней переходит в антинейтрон. Следовательно, антипротон – электрон пара и антинейтрон должны быть аллотропными (фазовыми) состояниями антинуклонов.
Это позволяет сделать предположение, что антипротон – позитрон пара и антинейтрон, аналогично протон – электрон паре и нейтрону, являются тетракварками и состоят из двух антикварков, имеющих по связанному внешнему позитрону, и двух кварков, имеющих по связанному внешнему электрону. Каждый электрон и позитрон, формирующий магнитные моменты антинуклона, имеет внутреннее свойство дискретно изменять энергию и имеет индивидуальную вытянутую от центра антинуклона эллиптическую оболочку. При этом антинуклон имеет внутреннее свойство ограничивать энергии электронов и позитронов таким образом, что из отдельного антинуклона на внешние энергетические уровни антиатома может переходить только один позитрон.
Обсуждение
В результате исследований [5] определено, что с увеличением
энергии столкновений протонов пропорциональность выхода протонов и антипротонов
стремится к единице. Это свидетельствует, что протоны и антипротоны имеют
одинаковую природу и в их структурах присутствуют одинаковые частицы, позволяющие
из осколков протонов формировать как протоны, так и антипротоны 
.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие предположения:
1) Протон – электрон пара, нейтрон, антипротон – позитрон пара и антинейтрон могут состоять из одинакового количества кварков и антикварков и являться аллотропными (фазовыми) состояниями нуклонов.
2) В нуклонах и антинуклонах имеется внутреннее свойство, позволяющее переходить на внешние энергетические уровни протона или антипротона либо только электрону, либо только позитрону.
3) В нуклоне имеются внутринуклонные энергетические уровни электронов и позитронов, каждый электрон и позитрон имеет внутреннее свойство дискретно изменять энергию и имеет индивидуальные, вытянутые от центра нуклона эллиптические оболочки. При этом нуклон и антинуклон имеют внутреннее свойство ограничивать энергии электронов и позитронов таким образом, что из отдельного антинуклона на внешние энергетические уровни протона или антипротона может переходить только один электрон или один позитрон.
4) Процессами изменения энергий электронов и позитронов на внутриядерных и внутринуклонных энергетических уровнях можно объяснить процессы ядерной резонансной флуоресценции, механизмы формирования составных ядер, механизмы излучения протонов и нейтронов при фотоядерных реакциях и т.д.
5) Резонансные излучения и поглощения гамма – квантов нуклонами можно объяснить наличием в атомах внутриядерных энергетических уровней электронов и позитронов.
6) Наличие положительных, отрицательных и беззарядовых пионов 
,
и
,
возможно, можно объяснить тем, что в нуклонах электроны и позитроны в зависимости
от имеющейся энергии могут частично экранировать электрические заряды друг
друга. Поэтому общий электрический заряд оболочки нуклона может изменяться в
зависимости от соотношения энергий электронов и позитронов. При равенстве
энергий между электронами и позитронами нуклона общий электрический заряд
оболочки нуклона компенсируется и равен нулю.
7) Сильные связи между нуклонами вызваны электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и позитронами соседних нуклонов.
8) Химические связи между атомами в молекулах вызваны электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и внешними позитронами атомов в молекулах.
9) Общие механизмы слабых и сильных связей, а также механизмы изменения энергий электронов при переходе тепловой энергии излучением в термодинамических процессах, позволяют рассматривать процессы излучения и поглощения квантовой энергии в термодинамике, химических и фотоядерных процессах как общие процессы квантовой термодинамики.
10) Наличие связанных состояний между кварками в нуклонах позволяет предположить, что кварки являются сложными и аналогично связям между нуклонами связи между кварками осуществляются квантовыми электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и позитронами кварков. Следовательно, можно предположить, что, аналогично нуклону каждый кварк имеет два внешних электрона и два внешних позитрона.
Вывод
В результате анализа механизмов формирования структур протонов, нейтронов, антипротонов и антинейтронов сделаны предположения:
1) электроны и позитроны формируют с нуклонами связанные состояния. Каждый электрон и позитрон имеет индивидуальную оболочку;
2) протон – электрон пара, нейтрон, антипротон – позитрон пара и антинейтрон состоят из одинакового количества одинаковых частиц и являются аллотропными (фазовыми) состояниями нуклонов;
3) при облучении гамма – квантами атомов и физического вакуума излучаемые электроны и позитроны должны иметь материнские нуклоны;
4) процессами изменения энергий электронов и позитронов на внутриядерных энергетических уровнях можно объяснить процессы ядерной резонансной флуоресценции, механизмы формирования составных ядер, механизмы излучения протонов и нейтронов при фотоядерных реакциях и т.д.;
5) наличие внутриядерных энергетических уровней электронов и позитронов позволяет объяснять неупругие столкновения между нуклонами и механизмы резонансных излучений и поглощений гамма квантов;
6) сильные связи между нуклонами можно объяснить квантовыми электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и позитронами соседних нуклонов;
7) химические связи между атомами в молекулах можно объяснить квантовыми электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и внешними позитронами атомов в молекулах;
8) слабые и сильные взаимодействия имеют одну природу квантовых электродинамических взаимодействий и зависят от энергий внешних электронов и позитронов в атомах и нуклонах;
9) общие механизмы изменений энергий электронов в слабых и сильных связях, а также при термодинамических процессах позволяют рассматривать термодинамические, химические и фотоядерные процессы как общие процессы квантовой термодинамики;
10) каждый кварк имеет два внешних электрона и два внешних позитрона, связи между кварками осуществляются электродинамическими взаимодействиями между внешними электронами и позитронами кварков.
Литература
1. Кривохижин В.Г., Нагайцев А.П., Савин И. А. Структура нуклонов: результаты экспериментов BCDMS, SMC (CERN) и HERMES (DESY) // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2002 т. 33, вып. 3.
2. Cassidy D. B., Mills A. P., The production of molecular positronium // Nature, Volume 449, Issue 7159, pp. 195-197 (2007). 2007Natur.449..195C.
3. Крушев А. А., Крушев Д. А., Крушев Дм. А., Формирование структур атомов связанными протон – электрон парами. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. – 2011.- № 2- с. 82-84.
4. Крушев А. А., Крушев Д. А., Крушев Дм. А., Электромагнитные механизмы периодических изменений химических свойств атомов // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. – 2011.- № 2.- с. 85-88.
5.
Aamodt, K.; Abel, N.;
Abeysekara, U. et al. Midrapidity antiproton-to-proton ratio in pp
collisions 
= 0.9 and 7 TeV measured by the ALICE experiment (The
ALICE Collaboration) // 2010PhRvL.105g2002A
e-print 1006.5432 [hep-ex] http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/1006/1006.5432v1.pdf.
Поступила в редакцию 20.04.2011 г.