НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА ОРГАНИЗМИКА

---

Физика

Разделы Организмики

Прогноз. Какие результаты получат на коллайдере

А.А. Тюняев, президент Академия фундаментальных наук, академик РАЕН, 23 марта 2009 года

Подписка на журнал «Organizmica» в каталогах:
«Роспечать» - 82846; «Пресса России» - 39245

В настоящей статье предлагается рассмотреть возможность достижения успеха, заявленного создателями Коллайдера, в свете Периодической системы элементарных частиц, разработанной автором.

Как известно, одной из основных целей проекта «Коллайдер» является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса – частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. Стандартная модель (теория Вайнберга-Салама) описывает ряд взаимодействий и состоит из следующих положений:

• В основе модели лежит постулат: наш мир симметричен относительно трёх типов калибровочных преобразований. Как следствие постулата, возникают три типа взаимодействий. Частицами-переносчиками взаимодействий являются:
  • 8 глюонов для сильного взаимодействия;
  • 3 тяжёлых калибровочных бозона (W⁺, W⁻, Z⁰) для слабого взаимодействия;
  • 1 фотон для электромагнитного взаимодействия.
• Всё вещество состоит из 12 фундаментальных частиц – фермионов: 6 лептонов (электрон, мюон, тау-лептон, и три сорта нейтрино) и 6 кварков (u, d, s, c, b, t).
• Кварки участвуют в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях; заряженные лептоны (электрон, мюон, тау-лептон) – в слабых и электромагнитных; нейтрино – только в слабых взаимодействиях.
• В отличие от электромагнитного и сильного, слабое взаимодействие может смешивать фермионы из разных поколений, что приводит к нестабильности всех частиц, за исключением легчайших, и к таким эффектам, как нарушение CP-инвариантности и нейтринные осцилляции.

По признанию физиков, Стандартная модель не может являться последним словом в физике элементарных частиц, ибо она содержит слишком много внешних параметров, а также не включает гравитацию. Поэтому поиск отклонений от Стандартной модели – одно из самых активных направлений исследования в последние годы. Ожидается, что эксперименты на Коллайдере смогут зарегистрировать множество отклонений от Стандартной модели.

Неотъемлемой частью Стандартной модели является т.н. поле Хиггса – гипотетическое поле, якобы, обеспечивающее спонтанное нарушение симметрии электрослабых взаимодействий, благодаря нарушению симметрии вакуума. Хиггсовский бозон является квантом этого поля, и это единственная из частиц Стандартной модели, которая ещё не обнаружена.

Методом достижения цели избрано столкновение пучков разогнанных протонов в Коллайдере. Рассмотрим правильность постановки задачи и возможности Коллайдера, связанные с этим.

В августе 2008 года мною закончена работа над книгой «Периодическая система элементарных частиц», которая подробно описана в работе Тюняев А.А., Периодическая таблица элементарных частиц, «Organizmica», № 3 (15), 2008 г.

Основная идея «Периодической системы элементарных частиц» сводится к тому, что выделены три основных и на этом уровне фундаментальных понятия, характеризующих фундаментальны элементарные частицы, – масса, спин и электрический заряд, – на основании которых проведена систематизация уже открытых элементарных частиц. Кроме того, объяснён ряд их свойств, проведены параллели между этими свойствами и другими свойствами «материи». А также, высказано предположение о существовании таких элементарных частиц, которые ещё не известны науке. В целом, развитие вопроса во многом схоже с ситуацией вокруг таблицы Д.И. Менделеева.

«Периодическая система элементарных частиц» в отличие от Стандартной модели описывает все взаимодействия, не имеет никаких «лишних» факторов. Всего в Периодической системе 27 частиц – примерно половина из них уже известна науке, а другая половина – нет. При этом основных квантов в Периодической системе всего 6 – это, попарно:

• носители массы – гравитон и антигравитон,
• носители движения – фотон и антифотон,
• носители электрического заряда – отрицательный электрический заряд и его античастица – положительный электрический заряд.

Остальные 21 – это частицы, обладающие нулевыми, спаренными или строенными качествами, определяемыми шестью основными квантами.

При взаимном анализе Стандартной модели и Периодической системы сразу же обнаруживается неверный посыл первой, касающийся того, что в Стандартной модели фотон является переносчиком электромагнитного взаимодействия. Как известно, фотон не имеет заряда, а в электромагнитном взаимодействии участвуют только заряженные частицы. Следовательно, фотон не может участвовать в электромагнитном взаимодействии и быть его переносчиком.

Согласно Периодической системе, для того чтобы частица стала участником электромагнитных взаимодействий, она должна быть заряжена. Если фотон «зарядить», то есть добавить к кванту движения, входящему в фотон, квант заряда, то получится «заряженный фотон» или «движущийся заряд» – а это квант электромагнитного поля (магнитон) δ⁺(0;1;1) – заряд + фотон → квант электромагнитного поля. Или в формализованном виде (1):

η⁺(0;0;1) + γ⁺(0;1;0) → δ⁺(0;1;1);  (1)

где:

η⁺(0;0;1) – покоящийся положительный заряд с нулевым спином и нулевой массой;

γ⁺(0;1;0) – движущийся фотон с нулевым зарядом и нулевой массой;

δ⁺(0;1;1) – магнитон с нулевой массой, несущий положительный заряд и обладающий характеристикой движения (спином).

В записи вида «δ⁺(0;1;1)» греческой буквой обозначена элементарная частица, знаком «+» или «−» её заряд, в скобках последовательно указано присутствие (1) или отсутствие (0) элементарного признака: массы, движения, заряда – одном или нескольких кластерах.

Всего, повторимся, Периодическая система состоит из 27 в полном смысле элементарных частиц, параметры которых сформированы либо присутствием, либо отсутствием какого-либо из трёх элементарных признаков:

• одна элементарная частица – резон – не обладает ни одним из трёх признаков и является квантом пространства;
• три пары элементарных частиц: электрический заряд (плюс и минус), фотон (и антифотон), гравитон (и антигравитон) являются квантами указанных свойств;
• три четвёрки элементарных частиц: нейтрино (4 вида), конденсон (4 вида), магнитон (4 вида) являются квантами полей;
• две четвёрки элементарных частиц: электрон (4 вида), позитрон (4 вида) – кванты разных видов токов.

В Периодической системе сформулирован Общий закон взаимодействия (2):

Fr² = [G,j,k,] × {(^K1±±±K[m_e,J,e]) × (^K2±±±K[m_e,J,e])};  (2)

где:

^K1±±±K[m_e,J,e] и ^K2±±±K[m_e,J,e] – элементарные частицы, участвующие во взаимодействии и сформированные из одинаковых параметров, обозначенных через матрицы элементарных параметров [m_e,J,e], но различными вариантами их включения, определёнными управляющими матрицам K₁±±± и K₂±±±, которые определяют их внутренние структуры,

F – сила,

r – расстояние между элементарными частицами,

[G,j,k] – матрица коэффициентов пропорциональности,

G – гравитационная постоянная,

j – коэффициент пропорциональности, учитывающий движение,

k – «кулоновский» коэффициент пропорциональности,

m_e – элементарная масса,

J – элементарный спин,

e – элементарный заряд.

Или словами:

[!] сила взаимодействия между двумя элементарными частицами прямо пропорциональна результату попарных произведений входящих в их состав одноимённых элементарных физических параметров – масса, количество движения, заряд, – и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

• Сила взаимодействия F направлена вдоль оси, соединяющей две взаимодействующие ЭЧ, поэтому сложение результатов попарных произведений одноимённых параметров имеет вид простого сложения.
• Каждая частица участвует каждым из своих параметров только во взаимодействии с соответствующим парным параметром одной другой элементарной частицы; учтённый во взаимодействии параметр в других взаимодействиях участия не принимает.

Не рассматриваемое Стандартной моделью гравитационное взаимодействие, согласно Периодической системе, осуществляется с помощью электронных нейтрино и антинейтрино, при этом гравитационное поле есть сообщение массе вещества вращательного движения вокруг собственной оси, как, например, Солнце, вращаясь, притягивает планеты. Гравитационное поле формируется совместно гравитонами, «дающими» массу, и фотонами, заставляющими её вращаться вокруг собственной оси; передаётся с помощью нейтрино.

Закономерным продолжением Периодической системы элементарных частиц на следующем организмическом уровне является Периодическая система химических элементов, в которой строительным «материалом» для создания организмов этого уровня – атомов любых химических элементов – являются только три частицы – электрон, протон, нейтрон (и их античастицы). Причём, только электрон является элементарной частицей, поскольку только он имеет единичные массу, заряд и спин.

Протон и нейтрон – это не элементарные частицы, а составные частицы. Протон имеет элементарный положительный заряд и элементарный спин. Нейтрон имеет нулевой заряд и противоположный протону элементарный спин. Но массы протона (1836m_e) и нейтрона (1840m_e) не элементарны (m_e – масса электрона):

p⁺(1836;1;1) – протон;

n⁰(1840;−1;0) – нейтрон.

Каждый протон «набран» из конечного числа элементарных частиц. Цифра «1836» указывает на то, что масса протона составлена из 1836 единичных масс, каждая из которых переносится одним гравитоном, то есть – φ(1;0;0) × 1836. В пределах протона эти гравитоны находятся в тесном соприкосновении друг с другом и образуют единое целое – «комочек» покоящейся массы. (Если бы гравитоны двигались друг относительно друга, то это было бы отражено в спине протона). Присутствие «1» во втором кластере протона указывает на то, что он вращается вокруг собственной оси (спин), а присутствие «1» в третьем кластере показывает, что протон несёт единичный положительный заряд.

Таким образом, чтобы сформировать один протон, необходимо набору «склеенных» 1836 гравитонов φ(1;0;0) с помощью фотона придать вращение γ⁺(0;1;0) и сообщить положительный заряд η⁺(0;0;1) (3):

1836φ(1;0;0) + γ⁺(0;1;0) + η⁺(0;0;1) → p⁺(1836;1;1);  (3)

Так устроен каждый протон.

* * *

Как мы указали выше, в Коллайдере будут сталкиваться два противоположно направленных пучка протонов, то есть, возможна одна из двух ситуаций:

1. p⁺(1836;1;1) + p⁺(1836;1;1) – если спины протонов обоих пучков однонаправлены;
2. p⁺(1836;1;1) + ^bp⁺(1836;−1;1) – если спины протонов обоих пучков противоположно направлены.

Согласно строению системы ускорения протонов, применяемой в Коллайдере, ускорение осуществляется с помощью электромагнитного поля, а, следовательно, два пучка протонов будут иметь противоположные спины, то есть реализуется второй вариант. В этом случае столкновение двух протонов может привести к нескольким вариантам результатов.

1. В результате соударения протонов получатся две скалярные частицы, заряженные положительно η⁺(0;0;1), и одна не вращающаяся тяжёлая частица массой 3872m_e. Она не является элементарной и представляет собой только «кусочек» массы вещества. Если направление удара двух протонов будет точно соосным, и энергия обоих протонов будет равна, то эта масса останется покоящейся на месте соударения.

Поскольку третий кластер у всех гравитонов, слагающих этот «кусочек» вещества, свободен, то два заряда η⁺(0;0;1), входящих в состав столкнувшихся протонов, перейдут на два гравитона φ(1;0;0). Получатся два конденсона, каждый из которых равен χ⁺(1;0;1), и «кусочек» массы 3870m_e. Таким образом, возможный идеальный ход реакций при столкновении протонов таков (4):

p⁺(1836;1;1) + ^bp⁺(1836;−1;1) → 3672φ(1;0;0) + 2χ⁺(0;0;1) → 3670φ(1;0;0) + 2η⁺(1;0;1);  (4)

2. Если же спины соударяющихся протонов окажутся однонаправленными, то выражение (4) примет другой вид (4а):

p⁺(1836;1;1) + p⁺(1836;1;1) → 3672φ(1;0;0) + 2γ⁺(0;1;0) + 2η⁺(0;0;1) →
→ 3670φ(1;0;0) + 2e⁺(1;1;1);  (4a)

В этом случае в идеале получится «кусочек» массы 3670φ(1;0;0) и позитронный ток, сформированный позитронами e⁺(1;1;1).

3. В общем же случае, когда энергии двух пучков не равны, и направление их столкновения не соосно, получится другой результат (4b):

a{p⁺(1836;1;1)} + b{^bp⁺(1836;−1;1)} + c{p⁺(1836;1;1)} →
→ d{(1…3670)φ(1;0;0)} + e{2χ⁺(1;0;1)} + f{e⁺(1;1;1)};  (4b)

где:

a, b, c, d, e, f – коэффициенты, отражающие количество каждого вида частиц;

(1…3670) в записи гравитона показывает наличие среди продуктов столкновения различных «кусков» массы» величиной от 1m_e до 3670m_e; умноженные на d, эти «куски» могут достигать величин, значительно превышающих 3670m_e.

Таким образом, согласно Периодической системе элементарных частиц, в результате эксперимента будут зафиксированы:

1. «Выпадение» «чистой» незаряженной массы, равной d3670m_e (где d – в пределе может достичь количества, по порядку величины равного общему количеству сталкивающихся протонов), то есть много большей, чем масса двух протонов.
2. Возникновение электростатического положительно заряженного поля, сформированного положительно заряженными конденсонами χ⁺.
3. Возникновение позитронного тока.

Поскольку пучки сталкивающихся протонов имеют некоторое пространственное распространение, то «выпадение» «чистой» массы будет происходить в некотором объёме. В нём же будут образовываться скопления положительно заряженных конденсонов и позитронов. В связи с этим, некоторые участки области столкновения пучков протонов будут восприниматься, как незаряженные сгустки массы, а другие – как заряженные положительно сгустки массы.

Теперь рассмотрим бозоны. Бозон – частица с нулевым или целочисленным спином, подчиняющаяся статистике Бозе-Эйнштейна, характерная особенность которой состоит в том, что в одном и том же состоянии может находиться любое число одинаковых частиц. К бозонам относятся фотоны, кванты поля тяготения – гравитоны, мезоны и бозонные резонансы, а также составные частицы из чётного числа фермионов (частиц с полуцелым спином), например атомные ядра с чётным суммарным числом протонов и нейтронов (дейтрон, ядро ⁴He – α-частица и т.д.), молекулы газов.

Мезоны – обладают нулевым или целочисленным спином, массы некоторых из них – π-мезонов, К-мезонов – имеют значения, промежуточные между массами протона и электрона: π⁺(264m_e,0,1), π⁻(264m_e,0,−1), π⁰(264m_e,0,0) и k⁺(970m_e,0,1), k⁻(970m_e,0,−1), k₀(970m_e,0,0). Массы некоторых бозонных резонансов (также относящихся к мезонам) превышает массу протона. Продукты распада π-мезонов – мюоны, нейтрино, фотоны, электроны и позитроны. Таким образом, мезоны, как часть бозонов, не являются элементарными частицами (в исходном смысле этого слова).

Теперь рассмотрим бозон Хиггса. Он должен обладать нулевым спином и в рамках Стандартной Модели отвечает за массу элементарных частиц. При реализации хиггсовского механизма должен возникать один нейтральный бозон Хиггса или несколько различной массы и различного заряда, то есть – h⁰(1…N,0,0), h⁺(1…N,0,1), h⁻(1…N,0,−1), где 1…N – любое количество гравитонов.

Таким образом, бозон Хиггса аналогичен мезонам и бозонным резонансам. Он имеет массу, отличную от массы электрона – то есть от единичной массы. Вследствие этого, предположение, что бозон Хиггса отвечает за образование массы во Вселенной неверно, поскольку существуют частицы с массой, много меньшей, чем масса бозона Хиггса, – электроны, позитроны, нейтрино, конденсоны, да и сами гравитоны. Если же предполагаемому бозону Хиггса «сообщить» единичную массу, то незаряженный «бозон Хиггса» станет обычным гравитоном φ(1,0,0), а заряженный – конденсоном χ⁺(1,0,1).

Таким образом, бозон Хиггса – это должна быть среднетяжёлая частица с массой от 2m_e до какого-то большого значения массы. Предполагают, что бозон Хиггса «весит» в 190 раз больше протона, то есть его масса равна 348840m_e.

Теперь сравним предсказания Периодической системы элементарных частиц и характеристики бозона Хиггса:

1. Периодическая система предсказывает выпадение массы, сильно превышающей массу электрона – d{(1…3670)φ(m_e;0;0)}. Ожидаемая масса бозона Хиггса равна 348840m_e, то есть – 348840h(m_e;0;0). Это ожидание должно подтвердиться результатами эксперимента.
2. Периодическая система предсказывает выпадение как незаряженной массы d{(1…3670)φ(m_e;0;0)}, так и заряженной положительно e{2χ⁺(1;0;1)}. Ожидаемые заряды бозона Хиггса: «+», «−», «0», то есть – 348840h(m_e;0;1), 348840h(m_e;0;−1) и 348840h(m_e;0;0). Это ожидание должно подтвердиться результатами эксперимента в двух случаях из трёх – с зарядами «+» и «0».

Прогноз
Стандартная модель	Периодическая система
Результаты эксперимента
348840h(me;0;0) 348840h(me;0;1) 348840h(me;0;−1)	d{(1…3670)φ(me;0;0)} e{2χ+(1;0;1)} f{e+(1;1;1)}
Интерпретация
«Бозоны Хиггса»: 1. 348840h(me;0;0), 2. 348840h(me;0;1). Заряженные «бозоны» создадут электростатическое поле.	1. Масса вещества, состоящая из гравитонов φ(me;0;0), конденсонов χ+(1;0;1) и позитронов e+(1;1;1). 2. Электростатическое поле, образованное конденсонами χ+(1;0;1). 3. Позитронный ток, сформированный позитронами e+(1;1;1).

Выводы

1. Таким образом, в результате эксперимента обязательно получится некоторая и очень значительная масса вещества, которая будет местами заряжена положительно, а местами – нет. Эта масса будет столь значительна по сравнению с массой протона, что некоторыми специалистами будет интерпретирована, как бозоны Хиггса – h⁰ и h⁺. Величина «выпавшей» массы будет напрямую зависеть от точности соосности сталкиваемых пучков протонов – чем более соосно, тем более высокого значения массы «бозона Хиггса» удастся достичь. Как побочный результат неточной соосности, могут быть «открыты» некоторое количество «бозонов», основными отличиями которых ныне известных элементарных частиц будут величины их масс (или энергий). Что на самом деле говорит о том, что это не различные виды «бозонов», а разные по величине осколки массы, сформированной из гравитонов.
2. Согласно определению, элементарные частицы – это первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя. Обладая наборной массой, все бозоны мезонного (среднего) и выше планов не являются элементарными частицами. Не является элементарной частицей и бозон Хиггса, который имеет массу, равную 348840 масс электрона. Исходя из предсказаний Периодической системы элементарных частиц, «сгусток» массы, составленных из 348840 масс электрона или приблизительно равный этому значению, будет обязательно обнаружен. Однако этот факт следует интерпретировать не как величайшее открытие, а как простое обнаружение места выпавшей массы. Этот сгусток, повторимся, не является элементарной частицей.
3. Можно предложить механизм обнаружения результатов столкновения пучков протонов в Коллайдере. Сгустки массы следует искать с помощью вращающейся массы, к которой вследствие генерируемых ею гравитационных сил, будут «прилипать» свободные гравитоны. На гравитирующую массу осядут также положительно заряженные конденсоны и позитроны. Присутствие первых можно обнаружить по создаваемому ими электростатическому полю. Присутствие вторых – по отводимому позитронному току. Таким образом, если предсказания, обозначенные в данной статье, полностью реализуются в Коллайдере, то это будет означать не обнаружение бозонов Хиггса, которое, в общем, не имеет физического смысла, а подтверждение правильности Периодической системы элементарных частиц и экспериментальное обнаружение гравитонов и конденсонов.
4. Отдельно стоит сказать об опасениях, существующих в обществе насчёт рассматриваемого эксперимента. У приверженцев хиггсовской теории сложилось мнение, что эта частица создаёт всю массу Вселенной. В связи с чем, забыв о законах сохранения, в том же обществе возникли страхи по поводу того, что искусственное её получение может вызвать цепную реакцию непроизвольного роста массы с появлением чёрной дыры. Однако согласно Периодической системе элементарных частиц, чёрная дыра не имеет момента вращения и поэтому не имеет гравитационного поля (а также не имеет и заряда). Поэтому она не притягивает предметы и не вступает в электромагнитное взаимодействие с другими объектами.