Читать интересную книгу Физика пространства - Анатолий Трутнев

Энергия пространства свободных электронов тела В имеет максимум на поверхности тела В (рис 9 с) и по мере удаления на определенное расстояние от тела В уравнивается с энергией материи тела А (рис. 9 d).

Таким образом, у неподвижных зарядов максимальная плотность энергии Se (количество энергии, приходящееся на одну силовую линию пространства) достигает максимальных значений на их поверхности. По мере удаления от них она убывает, достигая нулевого значения.

2.3 Сильное ядерное взаимодействие

Массы атомов практически совпадают с массами их ядер, так как масса электронов, входящих в них составляет очень незначительную от них долю.

Кроме протонов в состав ядра входят нейтроны. Количество их в β легких-стабильных ядрах равно числу протонов, а в тяжелых ядрах нейтронов в 1,5 раза больше, чем протонов.

Ядра атомов – это стабильные образования. Устойчивость ядрам придают ядерные силы – силы притяжения. Они преодолевают кулоновские силы отталкивания, действующие между положительно заряженными протонами и связывают нуклоны (ядерные частицы) в одно целое.

Ядерные силы – короткодействующие силы. Радиус их действия r (12) 10—15 м. Это очень интенсивные силы, поэтому ядерное взаимодействие называется сильным.

Каждый нуклон ядра взаимодействует не со всеми нуклонами, а только с несколькими соседними.

Ядерное взаимодействие зависит от ориентации спина нуклонов. Протон и нейтрон могут образовать ядро (дейтрон) только в случае, если их спины параллельны, при антипараллельном спине интенсивность ядерных сил уже недостаточна.

В процессе ядерного взаимодействия протон и нейтрон могут обмениваться электрическими зарядами. В результате чего протон превращается в нейтрон, а нейтрон, наоборот, в протон. Этот процесс происходит с помощью π-мезонов, которые являются квантами ядерного взаимодействия, при этом один нуклон испускает π-мезон, а другой его поглощает.

Согласно современным представлениям, в теории сильного взаимодействия в последние годы наметились определенные достижения на основе систематизации адронов при помощи квантовой модели, а также квантовой хромодинамики. В то же время считается, что в построении теории сильного взаимодействия еще много неясностей и она нуждается в существенных уточнениях, а именно:

– какова роль нейтронов в формировании устойчивости ядра;

– чем обусловлен радиус действия ядерных сил;

– почему при антипараллельных спинах не образуется дейтрон.

С позиций смоделированной системы на эти вопросы можно ответить следующим образом.

Как известно, все многообразие свойств элементов периодической системы Менделеева определяется количеством протонов и нейтронов в ядрах и числом электронов в электронных оболочках их атомов. Например, с появлением в ядре легкого водорода (11H) нейтрона он превращается в дейтерий (21 H), который по своим свойствам существенно отличается от него. Присоединение к ядру дейтерия одного протона и одного нейтрона превращает водород в другой элемент – гелий (42 He), который отличается от него физическими и химическими свойствами.

Такая же тенденция отмечается у последующих элементов Периодической системы Менделеева.

Выше уже отмечалось, что при движении протонов и электронов по силовым линиям пространства выделяются материальная Em и пространственная -Ep энергии. Следовательно, в связи с увеличением количества протонов и электронов от элемента к элементу в их атомах возрастает общий поток выделяемой энергии, который все больше и больше захватывает все большее и большее количество силовых линий пространства. Ядра атомов увеличиваются в объеме, в них происходит переход количества в качество, в результате чего атомы приобретают новые свойства, не теряя устойчивости.

Какую же роль в этом играют нейтроны? Из таблицы Менделеева видно, что уже второй ее элемент – гелий (42 He) имеет в своем ядре два протона. Если бы в ядре не было нейтронов, протоны сжали бы окружающее их в непосредственной близости пространство до такой степени, что ядро бы не смогло образоваться.

Нейтрон, как известно. Представляет собой протон, поглощающий электрон, поэтому при его движении по силовым линиям пространства выделяется в одинаковой мере как энергия материи Em, так и энергия пространства -Ep.

Пространственная энергия нейтрона при его взаимодействии с протоном уравновешивает выделенную им энергию материи и тем самым обеспечивает внутреннюю устойчивость ядра. Отрезок пространства, на котором устанавливается это равновесие носит название радиуса действия ядерных сил и обусловлен величиной энергии пространстваEp, выделенной нейтроном.

Ep = Em = A

A = Fxd,

где F – ядерные силы; d = r = (1—2) -15 м – радиус действия ядерных сил.

Интенсивность ядерных взаимодействий протона и нейтрона определяется направлением распространения выделяемых ими энергий. Если распространение их энергий совпадает по направлению (рис. 10 а), то они связваются в дейтрон, а если не совпадают (рис. 10 в), то ядро не образуется.

Направление распространения энергий нуклонов совпадает, если их спины параллельны. Если же их спины антипараллельны, то энергии нуклонов распространяются в противоположных направлениях.

Рис.10.Схема взаимодействия нуклонов при различных направлениях распространения выделяемых ими энергий

p – протон, n – нейтрон, 2/1H – дейтрон, Em – энергия материи, Ep – энергия пространства.

2.4 Слабое взаимодействие

Экспериментально доказано, что в природе помимо сильного, электромагнитного и гравитационного, существует еще и так называемое слабое взаимодействие. Его интенсивность в значительной степени слабее первых двух, но сильнее гравитационного.

Как и ядерные силы, силы слабого взаимодействия являются короткодействующими. Радиус их действия rсл = 2x10—18 м. Это в 600 раз меньше радиуса действия ядерных сил.

Слабое взаимодействие считается распадным взаимодействием. Характерным временем для слабого взаимодействия считается время в 10—13 сек. По этому взаимодействию происходит β-распад нейтрона.

При β-распаде общая масса продуктов распада меньше массы (энергии покоя) исходной частицы. Избыток энергии покоя (энергия связи) освобождается в форме кинетической энергии продуктов распада. Спектр β-распада непрерывен из-за испускания при этом распаде нейтральных частиц с нулевой массой нейтрино и антинейтрино.

Сформированное таким образом современное представление о слабом взаимодействии может быть уточнено и углублено с позиций смоделированной системы следующими дополнениями.

1. При встрече протона с электроном они взаимодействуют слабым образом

P+e- → n+Υe

При этом большая часть пространственной энергии электрона -Ep и энергия материи Em переходит в энергию связи, образовавшегося при их объединении нейтрона, а из оставшейся (меньшей) части образуется нейтрон.

2. При β-распаде нейтрона образуется протон, электрон и электронное антинейтрально

n → P+e- Υe

Общая масса продуктов распада меньше массы нейтрона. Это происходит потому, что в нейтроне, состоящем из протона и электрона, часть его массы (энергия покоя) представляет собой энергию их связи – пространственной энергии электрона Ep и энергии материи Em. распадный процесс освобождает энергию связи. И она переходит в кинетическую энергию протона и электрона и на образование электронного антинейтрона.

3. Нейтрино и антинейтрино нейтральные частицы с нулевой массой. Они представляют собой волны-частицы, совокупность энергий материи и пространства, существующих независимо с определенным количеством силовых линий пространства. Их нейтральность связана с тем, сто они несут оба вида энергий – пространственную и материи почти с одинаковым модулем. Нулевая величина по массе обусловлена незначительным модулем несущей ими энергии материи.

4. Силы слабого взаимодействия проявляются в зоне энергетических связей отдельных частей, составляющих распадающиеся элементарные частицы атомного ядра. Перед распадом зоны действия энергетических связей отдельных частей испытывают избыток энергий материи и пространства, что приводит к нарушению энергетического равновесия и, в конечном итоге, к их распаду. Зона имеет определенное количество силовых линий пространства, в ней в момент распада элементарной частицы действуют силы слабого взаимодействия, ее величиной определяется радиус их действия.