Непостоянство радиуса протона попытались объяснить квантовой интерференцией. Протон в Стандартной модели

Пол и его коллеги не использовали электроны для измерения протона. Вместо этого, они подключили к делу другую негативно заряженную частицу, которая называется мюон. Мюон в 200 раз тяжелее электрона, поэтому его орбиталь по отношению к протону располагается в 200 раз ближе. Такой вес облегчает задачу ученых предсказать, на какую орбиталь смещается мюон, а следовательно более точно узнать размер протона.

«Мюон ближе к протону и ему лучше его видно», - говорит Пол.

Возможные объяснения

Эти измерения с помощью чувствительных мюонов и обеспечили физикам неожиданные результаты. Совершенно неожиданно. Теперь физики пытаются объяснить расхождения.

Самым простым объяснением может быть элементарная ошибка в расчетах. Примерно так же физики опростоволосились, когда выяснили, что нейтрино могут двигаться быстрее скорости света. Пол говорит, что «скучное объяснение» наиболее вероятно, но не все физики с ним согласны.

«Не могу сказать, что в эксперимент закралась ошибка», - говорит физик из Массачусетского технологического института Ян Бернауэр.

Он также не отрицает, что измерения с помощью электронов проводились много раз, и что если в мюонный эксперимент закралась погрешность и он был проведен неправильно, результаты, конечно же, аннулируются.

Но если «эксперимент невиновный», могут быть ошибки и в расчетах, а значит «мы знаем, что происходит, просто считаем неправильно», отмечает Бернауэр.

Самым захватывающим может быть то, что расхождение положит начало новой физике, которая не объясняется Стандартной моделью и , но все так же исправно работает. Возможно, физики чего-то не знают о том, как мюоны и электроны взаимодействуют с другими частицами. Так считает Джон Аррингтон, физик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе.

Возможно, фотоны - не единственные частицы, которые переносят силу между частицами, и в дело вошла доселе неизвестная частица, которая и породила непонятные результаты в измерении протона.

Что дальше?

Чтобы выяснить, что происходит, физики запускают целый ряд экспериментов в разных лабораториях. Одним из основных направлений исследований будет тестирование электронного рассеяния, чтобы убедиться, что оно работает правильно, и не искать без вины виноватый мюон.

Друга цель - эксперименты с рассеянием, но вместо электронов для обстрела будут использоваться мюоны. Этот проект под названием MuSE (Muon Scattering Experiment, или эксперимент рассеяния мюонов) будет иметь место в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии. Там есть все необходимые установки для высокоточных экспериментов, более того, там появится возможность провести электронное и мюонное рассеяние в одном эксперименте.

«Есть надежда, что нам удастся во второй раз повторить результаты первого эксперимента», - говорит Аррингтон. - «Если расхождение останется, мы заглянем в ту же коробку и посмотрим, есть ли определенная зависимость от места проведения эксперимента, или же электроны и мюоны преподнесут нам нечто принципиально новое?».

Сбор данных начнется в 2015-2016 году. Аррингтон отметил, что вопрос размера протона пока будет находиться в подвешенном состоянии.

«Это не так просто. Мы надеемся уточнить его минимум за 10 лет, но это оптимистичные прогнозы».

Фемтометр — это одна миллионная одной миллиардной доли метра, 10. -15 метра. Несоответствие в четыре сотых этой длины грозит чуть ли не перевернуть наши представления о микромире с ног на голову.

Сегодня ситуация выглядит следующим образом. С середины прошлого века физики пытаются измерить радиус протона, и до 2010 года у них это здорово получалось. Эксперименты ставились разные, но принцип оставался один — измерение квантованных энергетических уровней, на которых может находиться электрон в атоме водорода, или, грубо говоря, высоты его возможных орбит. Величина этих уровней отчасти зависит от радиуса протона, составляющего ядро атома водорода. Эта часть жестко определяется законами квантовой механики, и, зная уровни, можно путем относительно несложных вычислений определить радиус протона. Прежние эксперименты давали для протона одну и ту же величину радиуса — 0,877 фемтометра — с точностью 1-2%, в зависимости от эксперимента. Самое последнее и самое точное измерение подправило эту цифру до четвертого знака после запятой — 0,8768 фемтометра.

Но два года назад группа физиков во главе с Рэндольфом Полом из Института квантовой оптики им. Макса Планка в Германии решила измерить этот радиус более радикальным способом, заменив электроны в атомах водорода их близкими родственниками — мюонами.

Мюоны в двести раз массивнее электрона, что делает их намного более чувствительными к размеру протона. С помощью ускорителя облако атомов водорода обстреливали пучком мюонов, которые в результате занимали места электронов у некоторой части этих атомов.

Результат получился ошеломляющим: вместо привычного размера 0,877 фемтометра получился размер 0,84.

Протон необъяснимым образом сжался.

По существующим представлениям, протон — частица, состоящая из трех кварков, не может менять свой радиус в зависимости от того, какие массы над ним летают. После скрупулезнейшей проверки была отвергнута и мысль об инструментальной ошибке эксперимента, а уж об ошибках в прошлых экспериментах с обычным атомом водорода, дающих величину радиуса протона в 0,877 фемтометра, нечего и говорить: эти эксперименты исчисляются сотнями.

В эксперименте, описанном в Science, команда во главе с Альдо Антоньини из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе мерила радиус протона снова с помощью атомов мюонного водорода — на этот раз с другим набором энергетических уровней.

Результат получился тот же, что и два года назад, - 0,84 фемтометра.

По словам одного из авторов статьи, Инго Сика из Базельского университета (Швейцария), этот результат, вместо того чтобы прояснить ситуацию, сделал ее еще более таинственной. «Многие пытались объяснить это несоответствие, но пока никто не преуспел», — говорит он.

Самое радикальное объяснение такому несоответствию — наличие новой, никому не известной физики, утверждающей, что мюоны чуть-чуть иначе взаимодействуют с протонами, чем электроны. Однако Сик и его коллега по последнему эксперименту, Джон Аррингтон из Аргоннской национальной лаборатории, сомневаются в таком объяснении. Они верят в современное понимание физики, согласно которому фундаментальное различие между мюоном и электроном «трудно себе представить».

Есть идея и о существовании некой неизвестной частицы, которая вмешивается во взаимодействие мюона с протоном. Это может быть, например, одна из частиц, из которых состоит темная материя. Но поскольку непонятно, каким образом она может менять это взаимодействие, и поскольку она пока вообще не найдена, эта гипотеза остается чисто умозрительной и ничем не подкрепленной.

Некоторые надежды физики возлагают на новые эксперименты, теперь уже не с мюонным водородом, а с мюонным гелием. Но эти эксперименты только готовятся и будут завершены через несколько лет.

Тимофей Гуртовой

РАДИУС ПРОТОНА

Микромир, изучением которого занимается квантовая физика, является второй, однако визуально ненаблюдаемой частью материального Мира. Этот мир представлен широким спектром дискретности, в виде элементарных частиц, начиная с атомов и заканчивая короткоживущими, получаемыми при дроблении материи на ускорителях.

Внутреннее содержание элементарных частиц существующей физике известно лишь в пределах таблицы Менделеева. О конструкции же только предположительно, что она по устройству якобы является копией планетарной системы. Так уж повелось, что описание чего-либо нового, в существующей физике начинается с порочного метода аналогий уже чему-то известному. Хотя Природа не так глупа, как мы, её изучающие, часто в своих умозрительных проектах это представляем.

Физике рациональной о микромире известно намного больше, чем это известно физике существующей . Об этом сказано в достаточной полноте в моих статьях, на сайте «Кулички» в разделе «Физика». Аннотации к ним с адресами имеются в блогах, на проекте «Мой мир».

Микромир .

Самыми малыми стабильными частицами являются электрон и протон .

В физике существующей характеризуются четырьмя основными параметрами: массой, радиусом, зарядом и спином.

Электрон полагается частицей, обладающей отрицательным единичным зарядом. Протон - таким же по величине, но положительным зарядом.

В Физике рациональной - только тремя, т. е. теми же параметрами, исключая заряд, потому, что в нём нет необходимости. Поскольку полярность частиц величина относительная и определяется законом Потенциальной Градации материи , являясь функцией степенного радиуса частицы в обратном порядке.

Разница в радиусах этих частиц невелика. Классический радиус электрона – 2,81794⋅фм.

Радиус протона определённый экспериментально в 2009 г. группой физиков возглавляемой доктором Рандольфом Полем (Randolf Pohl) из института квантовой оптики Макса Планка, оказался равным - 0,8768 фм.

Почему частица, обладающая массой в 1836 раз большей, имеет меньший радиус, с позиций физики существующей , непонятно. Однако Физика рациональная этот кажущийся парадокс объясняет.

Электрон является единственной из стабильных частиц, внутреннее содержание которой, моноструктурно . Остальные, будучи атомами элементов, в том числе и протон - полиструктурны , имеют сложную внутреннюю структуру.

Электронов-шариков, летающих по орбитам вокруг ядра из нуклонов, подобно планетам, движущимся вокруг Солнца, в атомах нет. Нет там и ядра состоящего из нуклонов. Все составляющие внутреннюю структуру атомов элементы – электроны, нуклоны и составленные из них, тех и других группы – кварки (об этом было сказано ранее, при объяснении, почему они не обнаруживаются в свободном состоянии), образуют кольца, вращающиеся вокруг вакуумного керна. Все кольца разделены мизерными пространствами вакуума, которые являются структурным элементом потенциальной связи, крепко сцепляющей всю структуру сложной микрочастицы. Наличие этих пространств вакуумной связи и позволяет атомам иметь прочную целостность массы, стянутой в малый объём.

Это обстоятельство и определяет факты, что протон при большей массе, обладает меньшим радиусом, чем электрон, и является относительно него электрически положительным.

А поскольку более плотная частица обладает большим относительным электрическим потенциалом потому, что её поверхность находится ближе к вакуумному керну, чем поверхность менее плотной, значит, потенциал частицы, это потенциал её поверхности.

Эксперимент по проверке величины радиуса протона .

Описание с позиций физики существующей .

При экспериментах с мезонами (1955 – 1956гг.), Л. Альварес с сотрудниками обнаружили эффект, что мюон, имея массу большую массы электрона, может проявить себя в качестве «тяжелого атомного электрона». При этом образуется так называемый мюонный водород .

Методика эксперимента, как утверждают его авторы, и предусматривала использование этого факта, - замену электрона в атоме водорода, на частицу менее стабильную – мюон , которая в 207 раз тяжелее электрона.

А, учитывая обстоятельство, что, согласно физике существующей, электрон якобы обращается вокруг протона не по строго установленным траекториям - эта элементарная частица может занимать определенные энергетические уровни, посему можно, выяснив, какова разница энергии между двумя этими уровнями, и на основании положений теории квантовой электродинамики вычислить радиус протона.

Основанием полагать, таким образом, было следующее.

В 1947 году американские физики Уиллис Юджин Лэмб и Роберт Резерфорд установили, что электрон в атоме водорода может колебаться между двумя энергетическими уровнями (это явление получило название лэмбовского сдвига) .

Сделано это было так. Использовался мощный ускоритель мюонов в швейцарском институте Пауля Шеррера. В емкость, содержащую атомы водорода, запускали мюоны.

После этого, при помощи лазера со специально подобранными характеристиками физики придавали мюону дополнительную энергию, которой, как они говорят, «точно хватало для перехода на следующий уровень» .

После этого, поясняют: «практически сразу мюон вновь возвращался на более низкий энергетический уровень, испуская при этом рентгеновское излучение» .

Рис. 1. Иллюстрация переходов мюонов и излучение, испускаемое в процессе перескока частиц между «орбиталями», согласно физике существующей (иллюстрация Nature).

Анализируя это излучение, была определена энергия уровня, а затем и радиус протона.

Однако радиус протона, полученный экспериментаторами, на 4% меньше принятого на сегодня значения.

Пока причину такого большого расхождения исследователи объяснить не могут. Причин может быть несколько.

1. Ошибка (или ошибки), произошедшая на одной из стадий эксперимента.

2. Ошибки в положениях теории квантовой электродинамики.

3. Новые результаты свидетельствуют о том, что у протона существуют абсолютно неизвестные физикам свойства.

Описание с позиций Физики рациональной .

Во-первых, относительно так называемого лэмбовского сдвига .

Молекулярно-кинетическая теория, объясняющая возникновение теплоты, за щёт кинетики молекул, несостоятельна. Это уже понятно всем. Теплоту создаёт ЭМ излучение, возникающее при торможении элементарных частиц.

Атомы (молекулы) вещества находятся в непрерывной пульсации. Этот процесс сопровождается выбросом его порций, которые формируются в пространственные образования в виде электронов. Взаимодействуя с пространственной средой, возникшие электроны, тормозясь, излучают ЭМ кванты.

Поглощают ЭМ кванты только частицы, имеющие сложную структуру, т. е. все (атомы, молекулы), кроме электронов. Поглощение приводит к перестройке их внутренней структуры и большей амплитуде пульсаций. Именно этот процесс и наблюдали в 1947 г. американские физики Уиллис Юджин Лэмб и Роберт Резерфорд, приняв изменение амплитуды пульсаций протона за якобы переход его электрона на иную «орбиталь».

Протон, как и все атомы, непрерывно воспринимая извне ЭМ кванты теплового и светового диапазонов, пульсируя, выбрасывая частички своей материи, которые тут же тормозясь и лишаясь, за щот излучения, энергии, расплываясь, превращаются в частицы эфира, которые рассредоточиваются в Пространстве.

Всё это и создаёт видимость размытых, не четких его границ.

«Будучи составной частицей, протон имеет конечные размеры, но, разумеется, его нельзя представлять как «твердый шарик» - четкой пространственной границы у него нет.

Если следовать современным физическим теориям, протон скорее напоминает облако с размытыми краями, состоящее из рождающихся и аннигилирующих виртуальных частиц» .

Теперь по поводу процесса в ходе эксперимента. Никакой замены электрона в атоме водорода мюоном, не происходит. Да и водород там был нужен только в качестве своего рода «катализатора» в процессе.

Ускоряемый мюон, согласно закону сохранения энергии и массы в движении приобретая дополнительную массу, становится более тяжелым, но не настолько, чтобы за счёт этого ускорения достичь массы протона. Лазерный луч, своей энергией доводит процесс утяжеления мюона до массы, большей массы протона. То есть происходит обычная накачка частицы энергией, как в лазере.

После этого частица становится настолько тяжелой, искусственно радиоактивной, что при первом же взаимодействии с атомом водорода, попавшимся на её пути, тормозясь, «разрешается» своим «бременем», испуская ЭМ квант и теряя внутреннюю энергию до величины своей стабильности . При этом она полностью теряет и свою энергию кинетическую , т. е. превращается в частицу в состоянии покоя . Таким образом, тот радиус, который был экспериментаторами вычислен на основании результатов полученных в эксперименте, - это радиус покоя протона .

Каким образом, и по какой методике был произведён расчёт радиуса протона экспериментаторами, исходя из полученной величины энергии рентгеновского кванта, мне не ведомо.

Однако, если скорость мюонов была – V = 0,4 C, то всё верно. Согласно Физике рациональной, нулевая масса у протона именно такая.

Протон (элементарная частица)

Полевая теория элементарных частиц, действуя в рамках НАУКИ, опирается на проверенный ФИЗИКОЙ фундамент:

• Классическую электродинамику,
• Квантовую механику (без виртуальных частиц, противоречащих закону сохранения энергии),
• Законы сохранения - фундаментальные законы физики.

Использовать не существующие в природе элементарные частицы, выдумывать не существующие в природе фундаментальные взаимодействия, или подменять существующие в природе взаимодействия сказочными, игнорировать законы природы, занимаясь математическими манипуляциями над ними (создавая видимость науки) - это удел СКАЗОК, выдаваемых за науку. В итоге физика скатывалась в мир математических сказок. Сказочные персонажи Стандартной модели (кварки с глюонами) вместе со сказочными гравитонами и сказками "Квантовой теории" уже проникли в учебники физики - и вводят в заблуждение детей, выдавая математические сказки за действительность . Сторонники честной Новой физики пытались этому противостоять, но силы были не равны. И так было до 2010 года до появления полевой теории элементарных частиц, когда борьба за возрождение ФИЗИКИ-НАУКИ перешла на уровень открытого противостояния подлинной научной теории с математическими сказками, захватившими власть в физике микромира (да и не только).

Но о достижениях Новой физики человечество бы не узнало, без интернета, поисковиков и возможности свободно говорить правду на страницах сайта. Что касается изданий, зарабатывающих на науке, то кто их сегодня читает за деньги, когда есть возможность быстро и свободно получить требуемую информацию в интернете.

1 Протон - это элементарная частица
2 Когда физика оставалась наукой
3 Протон в физике
4 Радиус протона
5 Магнитный момент протона
6 Электрическое поле протона

6.1 Электрическое поле протона в дальней зоне
6.2 Электрические заряды протона
6.3 Электрическое поле протона в ближней зоне

7 Масса покоя протона
8 Время жизни протона
9 Правда о Стандартной модели
10 Новая физика: Протон - итог

Эрнест Резерфорд в 1919 году, облучая альфа-частицами ядра азота, наблюдал образование ядер водорода. Образующуюся в результате столкновения частицу Резерфорд назвал протоном. Первые фотографии следов протона в камере Вильсона были получены в 1925 году Патриком Блэкеттом. Но сами ионы водорода (чем и являются протоны) были известны задолго до опытов Резерфорда.
Сегодня, в 21 веке, физика может сказать о протонах значительно больше.

1 Протон это элементарная частица

Представления физики о структуре протона менялись, по мере развития физики.

Первоначально физика считала протон элементарной частицей, и так было до 1964 года, когда ГеллМанн и Цвейг независимо предложили гипотезу кварков.

Первоначально, кварковая модель адронов ограничивалась только тремя гипотетическими кварками и их античастицами. Это позволяло правильно описать спектр известных на тот момент элементарных частиц, без учета лептонов, которые не вписались в предлагаемую модель и потому признавались элементарными, наравне с кварками. Платой за это явилось введение, не существующих в природе, дробных электрических зарядов. Затем, по мере развития физики и поступления новых экспериментальных данных, кварковая модель постепенно разрасталась, трансформировалась, в итоге превратившись в Стандартную модель.

Физики усердно занялись поисками новых гипотетических частиц. Поиски кварков велись в космических лучах, в природе (поскольку их дробный электрический заряд невозможно скомпенсировать) и на ускорителях.
Шли десятилетия, росла мощность ускорителей, а результат поисков гипотетических кварков был всегда один: кварки НЕ найдены в природе .

Видя перспективу гибели кварковой (а затем Стандартной) модели, ее сторонники сочинили и подсунули человечеству сказочку о том, что в некоторых экспериментах наблюдаются следы кварков. - Проверить эту информацию невозможно - экспериментальные данные обрабатываются с помощью Стандартной модели, а она всегда выдаст нечто за то, что ей нужно. История физики знает примеры, когда вместо одной частицы подсовывали другую - последней такой манипуляцией экспериментальными данными явилось подсовывание векторного мезона в качестве сказочного бозона Хиггса, якобы отвечающего за массу частиц, но при этом не создающую их гравитационное поле. За эту математическую сказку даже дали Нобелевскую премию по физике. В нашем случае в качестве сказочных кварков подсунули стоячие волны переменного электромагнитного поля, о котором писали волновые теории элементарных частиц.

Когда трон под стандартной моделью вновь зашатался, ее сторонники сочинили и подсунули человечеству новую сказочку для самых маленьких, под названием "Конфайнмент" . Любой мыслящий человек сразу увидит в ней издевательство над законом сохранения энергии - фундаментальным законом природы. Но сторонники Стандартной модели не желают видеть ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТЬ.

2 Когда физика оставалась наукой

Когда физика еще оставалась наукой в ней истина определялась не мнением большинства - а экспериментом. В этом принципиальное отличие ФИЗИКИ-НАУКИ от математических сказок, выдаваемых за физику.

Все эксперименты по поиску гипотетических кварков (кроме, конечно, подсовывания своих верований, под видом экспериментальных данных) однозначно показали: кварков в природе НЕТ .

Теперь сторонники Стандартной модели пытаются подменить результат всех экспериментов, ставший приговором для Стандартной модели, своим коллективным мнением, выдавая его за действительность. Но сколько сказочке не виться, а конец все равно будет. Вопрос только, какой это будет конец: сторонники Стандартной модели проявят разум, мужество и изменят свои позиции вслед за единогласным вердиктом экспериментов (а точнее: вердиктом ПРИРОДЫ), или их отправит в историю под всеобщий смех Новая физика - физика 21 века , как сказочников, попытавшихся надуть все человечество. Выбор за ними.

Теперь о самом протоне.

3 Протон в физике

Протон - элементарная частица квантовое число L=3/2 (спин = 1/2) - группа барионов, подгруппа протона, электрический заряд +e (систематизация по полевой теории элементарных частиц).
Согласно полевой теории элементарных частиц (теории - построенной на научном фундаменте и единственной получившей правильный спектр всех элементарных частиц), протон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей. Все голословные утверждения Стандартной модели о том, что протон якобы состоит из кварков, не имеют ничего общего с действительностью . - Физика экспериментально доказала, что протон обладает электромагнитными полями, и еще гравитационным полем. О том, что элементарные частицы не просто обладают - а состоят из электромагнитных полей, физика гениально догадалась еще 100 лет назад, но вот построить теорию никак не удавалось до 2010 года. Теперь в 2015 году появилась еще и теория гравитации элементарных частиц, установившая электромагнитную природу гравитации и получившая уравнения гравитационного поля элементарных частиц, отличные от уравнений гравитации, на основании которых была построена не одна математическая сказка в физике.

В настоящий момент, полевая теория элементарных частиц (в отличие от Стандартной модели) не противоречит экспериментальным данным о строении и спектре элементарных частиц и поэтому может рассматриваться физикой в качестве работающей в природе теории.

Структура электромагнитного поля протона (E-постоянное электрическое поле,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)

Энергетический баланс (процент от всей внутренней энергии):

• постоянное электрическое поле (E) - 0,346%,
• постоянное магнитное поле (H) - 7,44%,
• переменное электромагнитное поле - 92,21%.

Отсюда следует, что для протона m 0~ =0.9221m 0 и около 8 процентов его массы сосредоточено в постоянных электрическом и магнитном полях. Соотношение между энергией сосредоточенной в постоянном магнитном поле протона и энергии сосредоточенной в постоянном электрическом поле равно 21,48. Этим объясняется наличие у протона ядерных сил .

Электрическое поле протона состоит из двух областей: внешней области с положительным зарядом и внутренней области с отрицательным зарядом. Разность зарядов внешней и внутренней областей определяет суммарный электрический заряд протона +e. В основе его квантования лежат геометрия и строение элементарных частиц.

А так выглядят фундаментальные взаимодействия элементарных частиц, действительно существующие в природе:

4 Радиус протона

Полевая теория элементарных частиц определяет радиус (r) частицы как расстояние от центра до точки в которой достигается максимум плотности массы.

Для протона это будет 3,4212 ∙10 -16 м. К этому надо добавить еще толщину слоя электромагнитного поля, получится радиус области пространства, занимаемой протоном:

Для протона это будет 4,5616 ∙10 -16 м. Таким образом, внешняя граница протона находится от центра частицы на расстоянии 4,5616 ∙10 -16 м. Небольшая часть массы, сосредоточенная в постоянном электрическом и постоянном магнитном поле протона, в соответствии с законами электродинамики, находится за пределами данного радиуса.

5 Магнитный момент протона

В противовес квантовой теории, полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращением электрических зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому постоянные магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0 .

Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент протона аномальным - его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

Так основной магнитный момент протона создается двумя токами:

• (+) с магнитным моментом +2 (eħ/m 0 c)
• (-) с магнитным моментом -0,5 (eħ/m 0 c)

Для получения результирующего магнитного момента протона надо сложить оба момента, умножить на процент энергии, содержащийся в волновом переменном электромагнитном поле протона (разделенный на 100%) и добавить спиновую составляющую (см. Полевая теория элементарных частиц. Часть 2, раздел 3.2), в результате получим 1,3964237 eh/m 0p c. Для того чтобы перевести в обычные ядерные магнетоны надо полученное число умножить на два - в итоге имеем 2,7928474.

Когда физика предполагала, что магнитные моменты элементарных частиц создаются спиновым вращением их электрического заряда, для их измерения были предложены соответствующие единицы: для протона - это eh/2m 0p c (вспомним, что величина спина протона равна 1/2) названная ядерным магнетоном. Теперь 1/2 можно было бы и опустить, как не несущую смысловой нагрузки, и оставить просто eh/m 0p c.

А если серьезно, то внутри элементарных частиц нет электрических токов, но есть магнитные поля (и нет электрических зарядов, но есть электрические поля). Невозможно заменить подлинные магнитные поля элементарных частиц, на магнитные поля токов (как и подлинные электрические поля элементарных частиц, на поля электрических зарядов), без потери точности - эти поля имеют разную природу. Здесь какая-то другая электродинамика - Электродинамика Физики Поля, которую еще предстоит создать, как и саму Физику Поля.

6 Электрическое поле протона

6.1 Электрическое поле протона в дальней зоне

Знания физики об структуре электрического поля протона менялись по мере развития физики. Первоначально считалось, что электрическое поле протона представляет собой поле точечного электрического заряда +e. Для данного поля будут:

потенциал электрического поля протона в точке (А) в дальней зоне (r > > r p) точно, в системе СИ равен:

напряженность E электрического поля протона в дальней зоне (r > > r p) точно, в системе СИ равна:

где n = r /|r| - единичный вектор из центра протона в направлении точки наблюдения (А), r - расстояние от центра протона до точки наблюдения, e - элементарный электрический заряд, жирным шрифтом выделены вектора, ε 0 - электрическая постоянная, r p =Lħ/(m 0~ c) - радиус протона в полевой теории, L - главное квантовое число протона в полевой теории, ħ - постоянная Планка, m 0~ - величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося протона, C - скорость света. (В системе СГС отсутствует множитель Множитель СИ .)

Данные математические выражения верны для дальней зоны электрического поля протона: r p , но физика тогда предполагала, что их верность распространяется и в ближней зоне, до расстояний порядка 10 -14 см.

6.2 Электрические заряды протона

В первой половине 20 века физика считала, что у протона имеется только один электрический заряд и он равен +e.

После появления гипотезы кварков, физика предположила что внутри протона имеются не один, а три электрических заряда: два электрических заряда +2e/3 и один электрический заряд -e/3. В сумме эти заряды дают +e. Это было сделано, поскольку физика предположила, что протон имеет сложную структуру и состоит из двух u-кварков с зарядом +2e/3 и одного d-кварка с зарядом -e/3. Но кварки не были найдены ни в природе, ни на ускорителях ни при каких энергиях и оставалось либо принять их существование на веру (что и сделали сторонники Стандартной модели), либо искать другую структуру элементарных частиц. Но вместе с этим в физике постоянно накапливалась экспериментальная информация об элементарных частицах и когда ее накопилось достаточно для переосмысления сделанного, на свет появилась полевая теория элементарных частиц.

Согласно полевой теории элементарных частиц, постоянное электрическое поле элементарных частиц с квантовым числом L>0, как заряженных, так и нейтральных, создается постоянной компонентой электромагнитного поля соответствующей элементарной частицы (не электрический заряд является первопричиной электрического поля, как физика считала в 19 веке, а электрические поля элементарных частиц таковы, что они соответствуют полям электрических зарядов). А поле электрического заряда возникает в результате наличия асимметрии между внешней и внутренней полусферами, генерирующими электрические поля противоположных знаков. Для заряженных элементарных частиц в дальней зоне генерируется поле элементарного электрического заряда, а знак электрического заряда определяется знаком электрического поля, генерируемого внешней полусферой. В ближней зоне данное поле обладает сложной структурой и является дипольным, но дипольным моментом оно не обладает. Для приближенного описания данного поля как системы точечных зарядов потребуется не менее 6 "кварков" внутри протона - будет точнее, если взять 8 "кварков". Понятное дело, что электрические заряды таких "кварков" будут совершенно иными, чем считает стандартная модель (со своими кварками).

Полевая теория элементарных частиц установила, что у протона, как и у любой другой положительно заряженной элементарной частицы, можно выделить два электрических заряда и соответственно два электрических радиуса :

• электрический радиус внешнего постоянного электрического поля (заряда q + =+1.25e) - r q+ = 4.39 10 -14 см,
• электрический радиус внутреннего постоянного электрического поля (заряда q - =-0.25e) - r q- = 2.45 10 -14 см.

Данные характеристики электрического поля протона соответствуют распределению 1 полевой теории элементарных частиц. Физика пока экспериментально не установила точность данного распределения и какое распределение наиболее точно соответствует реальной структуре постоянного электрического поля протона в ближней зоне, равно как и саму структуру электрического поля протона в ближней зоне (на расстояниях порядка r p). Как видите, электрические заряды близки по величине к зарядам предполагаемых кварков (+4/3e=+1.333e и -1/3e=-0.333e) в протоне, но в отличие от кварков, электромагнитные поля в природе существуют, и аналогичной структурой постоянного электрического поля обладает любая положительно заряженная элементарная частица, независимо от величины спина и... .

Величины электрических радиусов для каждой элементарной частицы уникальны и определяются главным квантовым числом в полевой теории L, величиной массы покоя, процентом энергии заключенной в переменном электромагнитном поле (где работает квантовая механика) и структурой постоянной составляющей электромагнитного поля элементарной частицы (одинаковой для всех элементарных частиц с заданным главным квантовым числом L), генерирующей внешнее постоянное электрическое поле. Электрический радиус указывает среднее местонахождение равномерно распределенного по окружности электрического заряда, создающего аналогичное электрическое поле. Оба электрических заряда лежат в одной плоскости (плоскости вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы) и имеют общий центр, совпадающий с центром вращения переменного электромагнитного поля элементарной частицы.

6.3 Электрическое поле протона в ближней зоне

Зная величины электрических зарядов внутри элементарной частицы и их местоположение, можно определить и создаваемое ими электрическое поле.

электрического поля протона в ближней зоне (r~r p), в системе СИ, как векторная сумма, приблизительно равна:

где n + = r + /|r + | - единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда протона q + в направлении точки наблюдения (А), n - = r - /|r - | - единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда протона q - в направлении точки наблюдения (А), r - расстояние от центра протона до проекции точки наблюдения на плоскость протона, q + - внешний электрический заряд +1.25e, q - - внутренний электрический заряд -0.25e, жирным шрифтом выделены вектора, ε 0 - электрическая постоянная, z - высота точки наблюдения (А) (расстояние от точки наблюдения до плоскости протона), r 0 - нормировочный параметр. (В системе СГС отсутствует множитель Множитель СИ .)

Данное математическое выражение представляет собой сумму векторов и ее надо вычислять по правилам сложения векторов, поскольку это поле двух распределенных электрических зарядов (+1.25e и -0.25e). Первое и третье слагаемое соответствуют ближним точкам зарядов, второе и четвертое - дальним. Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области протона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: ħ/m 0~ c

Потенциал электрического поля протона в точке (А) в ближней зоне (r~r p), в системе СИ приблизительно равен:

где r 0 - нормировочный параметр, величина которого может отличаться от r 0 в формуле E. (В системе СГС отсутствует множитель Множитель СИ .) Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области протона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: ħ/m 0~ c

Калибровку r 0 для обоих выражений ближней зоны необходимо производить на границе области, генерирующей постоянные поля протона.

7 Масса покоя протона

В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя элементарных частиц с квантовым числом L>0, в том числе и протона, определяется как эквивалент энергии их электромагнитных полей:

где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E - напряженность электрического поля, H - напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле. Эта маленькая, но очень емкая для физики формула, на основании которой получены уравнения гравитационного поля элементарных частиц, отправит в утиль не одну сказочную "теорию" - поэтому ее возненавидят некоторые их авторы.

Как следует из приведенной формулы, величина массы покоя протона зависит от условий, в которых протон находится . Так поместив протон в постоянное внешнее электрическое поле (например, атомное ядро), мы повлияем на E 2 , что отразится на массе протона и его стабильности. Аналогичная ситуация возникнет при помещении протона в постоянное магнитное поле. Поэтому некоторые свойства протона внутри атомного ядра, отличаются от тех же свойств свободного протона в вакууме, вдали от полей.

8 Время жизни протона

Установленное физикой время жизни протона соответствует свободному протону.

Полевая теория элементарных частиц утверждает, что время жизни элементарной частицы зависит от условий, в которых она находится . Поместив протон во внешнее поле (например, электрическое) мы изменяем энергию, содержащуюся в его электромагнитном поле. Можно выбрать знак внешнего поля так, чтобы внутренняя энергия протона увеличилась. Можно подобрать такую величину напряженности внешнего поля, что станет возможным распад протона в нейтрон позитрон и электронное нейтрино и следовательно протон станет нестабильным. Именно это наблюдается в атомных ядрах, в них электрическое поле соседних протонов запускает распад протона ядра. При внесении в ядро дополнительной энергии распады протонов могут начаться при меньшей напряженности внешнего поля.

Одна интересная особенность: во время распада протона в атомном ядре, в электромагнитном поле ядра из энергии электромагнитного поля рождается позитрон - из "вещества" (протон) рождается "антивещество" (позитрон)!!! и это никого не удивляет.

9 Правда о Стандартной модели

А теперь познакомимся с информацией, которую сторонники Стандартной модели не допустят к публикации на "полит-корректных" сайтах, (таких как мировая Википедия) на которых противники Новой физики могут безжалостно удалять (или искажать) информацию сторонников Новой физики, в результате чего ПРАВДА пала жертвой политики:

В 1964 году Гелл-манн и Цвейг независимо предложили гипотезу существования кварков, из которых, по их мнению, состоят адроны. Новые частицы были наделены дробным электрическим зарядом, не существующим в природе.

Лептоны в эту Кварковую модель, которая впоследствии переросла в Стандартную модель, НЕ вписались - поэтому были признаны истинно элементарными частицами.
Чтобы объяснить связь кварков в адроне, было предположено существование в природе сильного взаимодействия и его переносчиков - глюонов. Глюоны, как и положено в Квантовой теории, наделили единичным спином, тождественности частицы и античастицы и нулевой величиной массы покоя, как у фотона.

В действительности, в природе существует не сильное взаимодействие гипотетических кварков, а ядерные силы нуклонов - и это разные понятия.

Прошло 50 лет. Кварки так и не были найдены в природе и нам сочинили новую математическую сказочку под названием "Конфайнмент" . Мыслящий человек с легкостью увидит в ней откровенное игнорирование фундаментального закона природы - закона сохранения энергии. Но это сделает мыслящий человек, а сказочники получили устроившее их оправдание.

Глюоны также НЕ были найдены в природе. Дело в том, что единичным спином могут обладать в природе только векторные мезоны (и еще одно из возбужденных состояний мезонов), но у каждого векторного мезона имеется античастица. - Поэтому векторные мезоны на кандидаты в "глюоны" никак не подходят . Остается девятка первых возбужденный состояний мезонов, но 2 из них противоречат самой Стандартной модели и их существование в природе Стандартная модель не признает, а остальные неплохо изучены физикой, и выдать их за сказочные глюоны не получится. Есть еще последний вариант: выдать за глюон связанное состояние из пары лептонов (мюонов или тау-лептонов) - но и это при распаде можно вычислить.

Так что, глюонов в природе также нет, как нет в природе кварков и вымышленного сильного взаимодействия .

Вы считаете, что сторонники Стандартной модели этого не понимают - еще как понимают, вот только тошно признать ошибочность того, чем занимался десятилетиями. А потому мы видим новые математические сказки ("теорию" струн и т.д.).

10 Новая физика: Протон - итог

Я не стал в основной части статьи подробно говорить о сказочных кварках (со сказочными глюонами), поскольку их в природе НЕТ и нечего забивать голову сказками (без необходимости) - а без основополагающих элементов фундамента: кварков с глюонами рухнула стандартная модель - время ее господства в физике ЗАВЕРШИЛОСЬ (см. Стандартная модель).

Можно сколь угодно долго не замечать места электромагнетизма в природе (встречаясь с ним на каждом шагу: свет, тепловое излучение, электричество, телевидение, радио, телефонная связь, в том числе и сотовая, интернет, без которого человечество не узнало бы о существовании Полевой теории элементарных частиц, ...), и продолжать сочинять новые сказочки взамен обанкротившихся, выдавая их за науку; можно с упорством, достойным лучшего применения, продолжать повторять заученные СКАЗКИ Стандартной модели и Квантовой теории; но электромагнитные поля в природе были, есть, будут и прекрасно обходятся без сказочных виртуальных частиц, впрочем как и создаваемая электромагнитными полями гравитация, а вот у сказок есть время рождения и время, когда они перестают влиять на людей. Что касается природы, то ей НЕТ никакого дела до сказок, и любой иной литературной деятельности человека, даже если за них присуждается Нобелевская премия по физике. Природа устроена так, как она устроена, а задача ФИЗИКИ-НАУКИ понять и описать это.

Теперь перед Вами открылся новый мир - мир дипольных полей, о существовании которых физика 20 века и не подозревала . Вы увидели, что у протона имеются не один, а два электрических заряда (внешний и внутренний) и соответствующие им два электрических радиуса. Вы увидели, из чего складывается масса покоя протона и что воображаемый бозон Хиггса оказался не у дел (решения Нобелевского комитета - это еще не законы природы...). Более того, величина массы и время жизни зависят от полей, в которых находится протон. Из того, что свободный протон стабилен, еще не следует, что он будет оставаться стабильным всегда и везде (распады протона наблюдаются в атомных ядрах). Все это выходит за рамки представлений, господствовавших в физике второй половины двадцатого века. - Физика 21 века - Новая физика переходит на новый уровень познания материи , а нас ждут новые интересные открытия.

Владимир Горунович

Фотография установки

ФИАН Информ / Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Физики из Института квантовой оптики общества Макса Планка, Российского квантового центра и Физического института академии наук им. Лебедева поставили новый эксперимент по измерению зарядового радиуса протона. Полученная величина оказалась несколько меньше общепринятой, она в пределах погрешности совпадает с ранними экспериментами с мюонным водородом. Исследование может дать ответ на нерешенную проблему «загадки радиуса протона»: в различных измерениях протон словно бы меняет свои размеры, чего не предсказывает ни одна современная теория. По словам исследователей, источником эффекта может быть квантовая интерференция, которая искажала результаты ранних измерений. Работа опубликована в журнале Science , кратко о ней сообщает ФИАН-информ.

Сравнение протонного радиуса, полученного в работе группы Колачевского 2017 года (зеленый ромб) и в ранних работах (треугольник и шестиугольник). Фиолетовым показаны результаты спектроскопии мюонного водорода.

Согласно данным CODATA, международной комиссии, отслеживающей, анализирующей и публикующей новые результаты измерений фундаментальных констант, зарядовый радиус протона составляет 0,8751(61) фемтометра. Эта величина показывает то, как пучок отрицательно заряженных частиц рассеивается на протоне - чем больше зарядовый радиус, тем большая доля частиц будет рассеиваться. Один из методов его измерения - сверхточная спектроскопия электронных переходов в атоме водорода. Отличный от нуля размер протона влияет на энергию электронов, находящихся рядом с ним, и смещает их энергию на небольшую измеримую величину, которую можно описать в рамках квантовой электродинамики.

В 2010 году международная группа физиков опубликовала результаты экспериментов с экзотической частицей - мюонным водородом. Она отличается от обычного водорода тем, что электроны в ней заменены на более тяжелые лептоны - мюоны (в 207 раз тяжелее). Эксперимент должен был уточнить зарядовый радиус протона - мюон летает гораздо ближе к ядру, чем электрон, и лучше «чувствует» размеры частицы. Однако новые точные данные оказались на четыре процента меньше, чем принятые на тот момент - 0.8418 фемтометра. Эта разница в несколько раз превышает погрешность эксперимента, а значит речь шла о каком-то принципиально новом эффекте. Протон словно бы сжимался рядом с мюоном. Со временем и уточнением данных значимость разницы между радиусами протона только росла, ставя под вопрос абсолютную точность квантовой электродинамики. До сих пор однозначного решения загадки представлено не было. Подробнее об этом можно прочитать в нашем материале « »

В новой работе немецкие ученые по предложению директора ФИАН Николая Колачевского усовершенствовали традиционный спектральный эксперимент, устранив ряд источников погрешности. Его суть заключается в точном измерении энергии электронного перехода в атоме водорода между двумя уровнями.

Схема эксперимента

Axel Beyer et al. / Science, 2017

Как правило, основными источниками погрешности в экспериментах с возбужденными атомами являются допплеровские сдвиги (из-за большой скорости горячих атомов - порядка трех километров в секунду), эффект Старка (сдвиг и расщепление линий в электрическом поле) и влияние сверхтонкой структуры. Авторы новой работы снизили температуру атомов до криогенной и уменьшили скорости примерно на порядок. В дополнение к этому, ученые научились бороться с квантовой интерференцией.

Квантовая интерференция - хорошо известное в ядерной оптике явление. Оно возникает, когда есть два энергетических перехода с близкими по значению энергиями. Эти переходы могут влиять друг на друга, аналогично тому, как два когерентных луча света могут формировать интерференционную картину складываясь друг с другом. В атомной спектроскопии интерференция возникает из-за расщепления энергетических уровней. Ранее считалось, что это явление дает очень слабый вклад в сдвиг спектральных линий, из-за чего физики практически не учитывали его.

В новой работе эксперимент был построен следующим образом. На первом этапе в установку попадал пучок холодных атомов водорода. Он был возбужден из основного в одно из двух сверхтонких 2S-состояний с помощью двухфотонного поглощения. Затем атомы дополнительно возбуждались в следующее состояние (4P) с помощью синего лазера. Интерферирующие переходы в сверхтонкой структуре этого энергетического уровня расположены довольно далеко друг от друга (это расстояние в сто раз больше ширины линий), но все равно дают большой вклад в положение пика перехода 2S-4P. Он оказался соизмерим с расхождением между частотами переходов в обычном и мюонном водороде.

После тщательной обработки результатов эксперимента, продлившегося около года, физики оценили зарядовый радиус протона - он оказался равен 0.8335(91) фемтометра, что в рамках погрешности совпадает с результатами для мюонного водорода и на три стандартных отклонения меньше, чем у традиционных экспериментов. Как отмечают авторы, говорить о решении проблемы радиуса протона еще рано - новый результат получен лишь на одном измерении (хотя его точность и превосходит объединенную точность других измерений). Необходимо выяснить причину, из-за которой ранние результаты оказываются систематически сдвинуты. Кроме того, новый радиус расходится не только со спектроскопическими экспериментами, но и с данными по рассеянию электронов на протоне.

Чтобы окончательно раскрыть загадку зарядового радиуса протона, потребуются дополнительные эксперименты - в том числе и с более тяжелыми ядрами. К примеру, недавно мы о спектроскопии мюонного дейтерия, которая также подтвердила расхождение в радиусах дейтрона.

Владимир Королёв