Переход: Назад Содержание Вперед
11. ЭСКИЗ КАРТИНЫ МИКРОМИРА, ВЫТЕКАЮЩИЙ ИЗ НОВОЙ ТЕОРИИ ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ
В области микромира новая теория пространства-времени позволяет, прежде всего, предложить подход к решению проблемы существования так называемой мюон-электронной универсальности, согласно которой во всех известных взаимодействиях мюоны участвуют точно так же, как электроны, отличаясь от них только своей массой покоя (масса покоя мюона считается равной 207 электронным массам).
Мюоны были открыты К. Андерсоном и С. Неддермейером в 1936 - 38 гг. в космических лучах [
[66]. Neddermeyer S. H., Anderson C. D. Cosmic-ray particles of intermediate mass. // Physical Review. - 1938. - v.54. - p.88 - 89]. Проведенные ими опыты с камерой Вильсона, помещенной в магнитное поле, показали, что большая часть космических частиц на уровне моря проникает сквозь значительные слои тяжелого вещества (свинец, платина), теряя энергию только на ионизацию атомов вещества.Отождествить эти частицы, обладающие высокой проникающей способностью, с протонами, масса каждого из которых в 1836 раз больше массы электрона, оказалось невозможным. Потому что если бы частица имела массу протона, то ее скорость, вычисленная по радиусу кривизны ее траектории в поперечном магнитном поле, должна была бы приводить к такой ионизации газа вдоль траектории частицы в камере Вильсона, которая в десятки раз превышает ионизацию, реально наблюдавшуюся в опытах.
С другой стороны, эти частицы, обладающие высокой проникающей способностью, до появления новой теории пространства-времени не удавалось отождествить и с электронами. Это обусловлено тем, что из теоретических расчетов, основанных на специальной теории относительности, следует, что электроны высокой энергии должны терять большую часть своей энергии на тормозное излучение. А обладающие высокой проникающей способностью частицы не должны иметь заметных потерь энергии на тормозное излучение (иначе они не обладали бы высокой проникающей способностью).
В новой теории пространства-времени можно предложить подход к решению проблемы существования мюон-электронной универсальности. Этот подход основывается на том, что согласно новой теории пространства-времени величина электрического заряда движущейся частицы зависит от скорости движения частицы. Эта зависимость имеет вид
(11.1)
где ео - заряд покоящейся частицы; еu - заряд движущейся частицы; u - скорость движения частицы.
Действительно, в новой теории пространства-времени формула для потерь энергии частицы на тормозное излучение ( с учетом вытекающего из квантовой теории минимального значения прицельного расстояния) имеет вид
;(11.2)
где - потери энергии частицы на 1 см пути на тормозное излучение при ее движении сквозь вещество;
N - число ядер атомов вещества в 1 см3; zЧ eo - заряд ядра атома вещества; - энергия покоя частицы, испускающей тормозное излучение; mo - масса покоя этой частицы; - постоянная Планка; u - скорость движения частицы; еu - заряд движущейся частицы, определяемый по формуле (11.1).При движении частицы со сверхсветовой скоростью ( если u >>
co) из формулы (11.1) получим. (11.3)
Тогда, подставляя выражение (11.3) в формулу (11.2), получим формулу
&(11.4)
согласно которой при увеличении сверхсветовой скорости движения частицы на один порядок (в 10 раз) потери энергии частицы на тормозное излучение уменьшаются на пять порядков (в 10
5 раз). Вследствие этого тормозное излучение для электронов высоких энергий (движущихся со скоростями, значительно превышающими скорость света в вакууме co) становится значительно меньшим, чем тормозное излучение электронов низких энергий. Это и позволяет отождествить частицы космических лучей в опытах К. Андерсона и С. Неддермейера, обладающие высокой проникающей способностью, с электронами высоких энергий, движущимися со сверхсветовыми скоростями.Например, в связи с тем, что согласно новой теории пространства-времени скорость движения электрона или позитрона можно определить, зная радиус R траектории электрона в магнитном поле с индукцией В по формуле
(11.5)
скорость позитрона в верхней части фотографии, приведенной в статье [
[66]. Neddermeyer S. H., Anderson C. D. Cosmic-ray particles of intermediate mass. // Physical Review. - 1938. - v.54. - p.88 - 89], оказывается в 100 раз большей скорости света co, а скорость позитрона в нижней части этой фотографии оказывается в 14 раз большей скорости света co.Таким образом, мюон оказывается возможным отождествить со сверхсветовым электроном (или позитроном). Но тогда так называемый "распад" мюона, в результате которого появляется электрон (или позитрон) меньшей энергии, оказывается всего лишь столкновением сверхсветового электрона (или позитрона) с ядром атома вещества, заполняющего камеру Вильсона или пузырьковую камеру. В результате такого столкновения часть кинетической энергии сверхсветового электрона (или позитрона) передается ядру атома. Но тогда так называемые "электронное нейтрино" и "мюонное нейтрино", которые в настоящее время считаются продуктами распада мюона, исчезают из числа частиц, реально существующих в действительности, несмотря на то, что нейтрино "экспериментально обнаружено" в 1953 г., а его масса покоя "измерена" в 1980 г. [
[68]. Хлопов М. Ю. Нейтрино. В кн.: Физика космоса. Маленькая энциклопедия. - М.: Сов. энциклопедия. - 1986.- с. 428 - 430].Уверенность в том, что "нейтрино" есть плод нашего воображения, подкрепляется и тем, что выполненный в 1927 году опыт Ч. Эллиса и У. Вустера [
[69]. Ellis C. D., Wooster W. A. The average energy of disintegration of Radium E // Proc. Roy. Soc. - 1927.- v. 117.- p. 109 - 123] по измерению средней энергии электронов бета-распада можно вполне естественно объяснить, не привлекая гипотезу о существовании нейтрино.В самом деле, в своем эксперименте 1927 года Ч. Эллис и У. Вустер сначала измерили суммарную энергию, выделившуюся в калориметре за определенный промежуток времени при бета-распаде ядер атомов радия-Е (висмута-210). Затем они рассчитали количество распавшихся за этот же промежуток времени ядер атомов радия-Е (висмута-210), считая, что количество распавшихся ядер в точности равно количеству электронов, вылетевших за это же время из радиоактивного вещества. При этом они сослались на работу Эмелиуса [
[70]. Emeleus K. G. The number of b -particles from Radium E // Proc. Camb. Phil. Soc.- 1924.- v. 22.- p. 400 - 403], выполненную в 1924 г. И, наконец, они раздели эту суммарную энергию на количество электронов, вылетевших за этот же промежуток времени из бета-активного вещества, считая, что количество вылетевших электронов равно числу распавшихся ядер.Но в работе [70] Эмелиус получил, что при распаде одного ядра атома из бета-активного вещества вылетает в среднем 1,43 электрона. При этом Эмелиус отметил, что полученный им результат (на каждый распад ядра приходится в среднем 1,43 электронов, вылетающих из радиоактивного вещества) не может иметь большую точность. Эмелиус утверждает также, что в соответствии с работой [
[71]. Kovaric A. F., McKeehan L. W. Messung der Absorptich und Reflexion von b -Teilchen durch directer Zд hlung // Physikalisch Zeitschrift.- 1914.-B.XV.- S. 434 - 440], выполненной в 1914 году, из бета-активного вещества должно вылетать количество электронов, равное количеству распавшихся ядер атомов. Тот же факт, что в опыте обнаружено большее количество вылетающих из радиоактивного вещества электронов, чем количество распавшихся ядер атомов, Эмелиус объясняет отражением электронов, испущенных в направлении, противоположном направлению на счетчик частиц.Но опыту [71] 1914 года можно дать совершенно другую интерпретацию, чем автор работы [71] в 1914 году и автор работы [
[70]. Emeleus K. G. The number of b -particles from Radium E // Proc. Camb. Phil. Soc.- 1924.- v. 22.- p. 400 - 403] в 1924 году, когда процессы при облучении металлических поверхностей потоками электронов были мало исследованы. Ведь сегодня мы знаем, что при облучении металлической поверхности электронами достаточно большой энергии из этой металлической поверхности выбивается значительное количество вторичных электронов, на чем основана работа, например, фотоэлектронных умножителей.Электроны бета-распада ядер висмута-210, имеют энергию 1,17 МэВ. Почему электрон, имеющий такую энергию не может выбить из электронных оболочек атомов самого радиоактивного вещества ни одного электрона, если на то, чтобы выбить один электрон из атома, необходимо затратить энергию всего лишь около 30 эВ (энергия ионизации атома)? Ведь даже в одном атоме висмута вокруг ядра, из которого вылетает электрон бета-распада, имеется 83 электрона. А на пути электрона бета-распада (прежде, чем он выйдет за пределы радиоактивного вещества) встретятся не десятки и даже не тысячи, а гораздо большее количество атомов. Поэтому утверждение, что из бета-активного вещества вылетают только первичные электроны бета-распада, рождающиеся непосредственно в актах бета-распада ядер, в наши дни выглядит несостоятельным.
Если же каждый первичный электрон бета-распада выбивает на своем пути сквозь радиоактивное вещество несколько вторичных электронов, естественное объяснение без привлечения нейтрино получают:
- непрерывный энергетический спектр электронов бета-распада,
- известный экспериментальный факт зависимости числа электронов, вылетающих из бета-активного вещества, от формы радиоактивного вещества [
[72]. Мурин А. Н. Физические основы радиохимии / Под ред. П. П. Серегина. - М.: Высшая школа. - 1971.- с. 62. [73]],- численное значение измеренной (?) массы покоя "нейтрино", равное энергии ионизации одного атома.
Обычно принято считать, что без привлечения нейтрино невозможно объяснить распад нейтрона на протон и электрон по схеме
(11.6)
Потому что спин каждой частицы в выражении (11.6) равен , вследствие чего говорят, что без нейтрино закон сохранения спина в выражении (11.6) нарушается.
Но ведь давно известно (см. [
[42]. Мухин К. Н. Введение в ядерную физику. - М.: Госатомиздат. 1963. - с. 503], стр. 236 - 237) что в процессе ядерной реакции сохраняется суммарный момент количества движения взаимодействующих частиц, который для реакции (11.6) записывается в виде(11.7)
где - спиновой момент количества движения нейтрона;
- спиновый момент количества движения протона; - спиновый момент количества движения электрона; - орбитальный момент количества движения электрона относительно протона в составе нейтрона.И существование третьего слагаемого в выражении (11.7) позволяет сделать вывод, что утверждение о нарушении закона сохранения спина в выражении (11.6) является ошибочным.
Эксперимент Ф. Райнеса и К. Коуэна 1953 года, который и сегодня считается прямым экспериментальным доказательством превращения протона в нейтрон под действием электронного антинейтрино из ядерного реактора
(11.8)
без привлечения потока антинейтрино из ядерного реактора можно объяснить следующим образом.
Во-первых, в поле протона гамма-квант, родившийся под действием излучения из ядерного реактора, образует электрон -позитронную пару
(11.9)
и образовавшийся из гамма-кванта электрон образует вместе с протоном связанную систему - нейтрон [
[73]. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. В двух томах. Т. 2. Физика элементарных частиц. - М.: Атомиздат. - 1974.- с. 212](11.10)
Вопросительный знак; рядом со знаком нейтрино в выражении (11.10) стоит потому, что если реакция (11.6) происходит без участия нейтрино, то и обратная реакции (11.6) реакция (11.10) должна происходить без участия нейтрино. Тогда, подставив в реакцию (11.9) вместо левой части реакции (11.10) правую часть реакции (11.10), получим вместо реакции (11.9) реакцию
(11.11)
Во-вторых, стоящий в правой части реакции (11.11) позитрон аннигилирует с каким-нибудь электроном, испуская два гамма-кванта.
В-третьих, стоящий в правой части реакции (11.11) нейтрон через 5-10 мкс после аннигиляции позитрона захватывается ядром атома кадмия, и при этом тоже возникают гамма-кванты.
А ведь в эксперименте Ф. Райнеса и К. Коуэна всего лишь и были зафиксированы две сцинтилляционные вспышки, разделенные промежутком времени 5-10 мкс. Первая из них вызывается аннигиляцией позитрона, а вторая - поглощением нейтрона кадмием [
[74]. Зацепин Г. Т., Копысов Ю. С., Смирнов А. Ю. Нейтрино. - В кн. Физика микромира. Маленькая энциклопедия. / Гл. ред. Д. В. Ширков. - М.: Сов. энциклопедия. - 1980.- с. 271 - 281].Таким образом, реакция (11.11) вызывает те же самые последствия, что и реакция (11.8). Вследствие этого эксперимент Ф. Райнеса и К. Коуэна 1953 года можно с таким же основанием считать экспериментальным доказательством реакции (11.11), как и экспериментальным доказательством реакции (11.8). При этом следует отметить, что гамма-квант в левой части реакции (11.11) не обязательно должен быть гамма-квантом, родившимся непосредственно в ядерном реакторе. Он может быть, например, гамма-квантом тормозного излучения одного из электронов высоких энергий, вылетающих из ядерного реактора.
Если в природе нейтрино не существуют, то заряженные пи-мезоны и тау-лептоны являются сверхсветовыми электронами (или позитронами), движущимися с еще большей сверхсветовой скоростью, чем сверхсветовой электрон, соответствующий мюону.
Экспериментальными фактами, не противоречащими гипотезе о тождественности мюона сверхсветовому электрону, являются также:
- экспериментально доказанный факт рождения мюонных пар фотонами больших энергий;
- идентичный характер рассеяния мюонов и электронов ядрами атомов;
- экспериментально доказанный факт, что магнитный момент мюона оказывается меньшим магнитного момента электрона, равного магнетону Бора
(11.12)
во столько раз, во сколько раз масса покоя мюона считается большей массы покоя электрона. Последнее утверждение становится очевидным, если в формулу для магнитного момента сверхсветового электрона
(11.13)
построенную по аналогии с формулой (11.12), но с заменой величины электрического заряда неподвижного электрона ео на величину электрического заряда е
u электрона, движущегося со сверхсветовой скоростью, подставить формулу (11.1). Получим формулу(11.14)
которую можно записать в виде
(11.15)
введя в рассмотрение "массу покоя мюона" по формуле
(11.16)
Следовательно, экспериментально измеренное значение магнитного момента мюона, очень близкое к значению, вычисленному по формуле (11.15), будет в такой же степени близким и к значению, вычисленному по формуле (11.14) для магнитного момента электрона, движущегося со сверхсветовой скоростью, определяемой по формуле
(11.17)
вытекающей из выражения (11.16).
Что же касается излучения, возникающего при переходах мюона с орбиты на орбиту в поле ядра так называемого "мюонного атома", которое позволило с высочайшей точностью рассчитать массу покоя мюона, то дать непротиворечивое объяснение полученным результатам можно только после пересмотра основных положений квантовой электродинамики с позиций существования сверхсветовых скоростей движения элементарных частиц. Это обусловлено тем, что при сверхсветовых скоростях движения электрических зарядов друг относительно друга определяющим становится не электростатическое взаимодействие зарядов (по закону Кулона), а магнитное взаимодействие токов, вызванных сверхсветовыми скоростями движения зарядов друг относительно друга.
Вполне естественно, что с позиций новой теории пространства-времени вся картина микромира требует существенной корректировки, но выше не ставилось целью перечислить все проблемные вопросы, ответы на которые позволяет дать новая теория пространства-времени. Основное внимание обращено только на раскрытие подхода к решению проблемы существования мюон-электронной универсальности с позиций новой теории пространства-времени и возможностей для непротиворечивого объяснения непосредственно связанных с этим подходом явлений.
Переход: Назад Содержание Вперед