Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Протон в полевой теории

Материал из Викизнание
(перенаправлено с «'''Протон в полевой теории»)
Перейти к: навигация, поиск
Структура электромагнитного поля протона (E-постоянное электрическое поле ,H-постоянное магнитное поле, желтым цветом отмечено переменное электромагнитное поле)
Подгруппа протона

Протон в полевой теории рассматривается как элементарная частица, имеющая слежующие параметры: 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, протон состоит из вращающегося поляризованного переменного электромагнитного поля с постоянной составляющей.

Энергетический баланс протона (процент от всей внутренней энергии):

Соотношение между энергией, сосредоточенной в постоянном магнитном поле протона и энергией, сосредоточенной в постоянном электрическом поле равно 21,48. Этим объясняется наличие у протона ядерных сил. Структура протона приведена на рисунке.

В соответствии с классической электродинамикой и формулой Эйнштейна, масса покоя протона определяется как эквивалент энергии его электромагнитных полей:

Mass particle.png

где определенный интеграл берется по всему электромагнитному полю элементарной частицы, E - напряженность поля, H - напряженность магнитного поля. Здесь учитываются все компоненты электромагнитного поля: постоянное электрическое поле, постоянное магнитное поле, переменное электромагнитное поле. В связи с этим в данном подходе не требуется бозон Хиггса для того, чтобы протон имел массу.

Фундаментальные взаимодействия в природе и их (физические поля)
Электромагнитные взаимодействия (электромагнитные поля)
Гравитационные взаимодействия (гравитационные поля элементарных частиц)


Поместив протон во внешнее электрическое или магнитное поле (например, в атомное ядро), мы изменим величину энергии электромагнитных полей протона, а следовательно, и величину его массы. Получается, что масса протона (как и любой другой элементарной частицы) зависит от полей, в которых он находится.

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.

Радиус протона[править]

Полевая теория элементарных частиц вводит определение радиуса протона (~{r_{{0\sim }}}), как среднего расстояния от центра протона, на котором вращается его переменное электромагнитное поле:

~{r_{{0\sim }}}={\frac  {L{\hbar }}{m_{{0\sim }}{c}}}

где:

~L - главное квантовое число протона L=3/2;
{\hbar } - постоянная Планка;
~{m_{{0\sim }}} - масса, заключенная в переменном электромагнитном поле протона;
~c - скорость света.

Для протона это будет 3,4212 ∙10-16 м.

Радиус области пространства, занимаемого протоном, определяется как:

~{r_{0}}={\frac  {(L+0.5){\hbar }}{m_{{0\sim }}{c}}}

Для протона это будет 4,5616 ∙10-16 м.

К величине ~{r_{{0\sim }}} добавился еще радиус кольцевой области, занимаемой переменным электромагнитным полем протона. Необходимо помнить, что часть величины массы покоя, сосредоточенной в постоянных (электрическом и магнитном) полях протона находится за пределами данной области, в соответствии с законами электродинамики.

Магнитный момент протона[править]

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 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/m0pc
  • (-) с магнитным моментом -0,5 eħ/m0pc

Для получения результирующего магнитного момента протона надо сложить оба момента, умножить на процент энергии переменного электромагнитного поля, разделенный на 100 процентов и добавить спиновую составляющую. (смотри [1]), в результате получим 1,3964237 eh/m0pc. Для того чтобы перевести в обычные ядерные магнетоны надо полученное число умножить на два – в итоге имеем 2,7928474.

Электрическое поле протона[править]

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 ϕ электрического поля протона в точке (А) в дальней зоне (r>>rp) точно, в системе СИ равен:
F(A) p long zone.png
  • Напряженность E электрического поля протона в дальней зоне (r>>rp) точно, в системе СИ равна:
E p long zone.png

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, ε0 - электрическая постоянная, rp=Lħ/(m0~c) - радиус протона в полевой теории, L – главное квантовое число протона в полевой теории, ħ – постоянная Планка, m0~ - величина массы заключенной в переменном электромагнитном поле покоящегося протона, c – скорость света. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)

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

В первой половине 20 века были попытки описать электрические поля заряженных элементарных частиц в рамках теории поля, но построить теорию поля тогда не удалось – сказывалась нехватка информации об элементарных частицах. Затем 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 на ускорителях ни при каких энергиях и оставалось либо принять их существование на веру, 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. 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 – лучше если взять 8 [кварк]]ов. Понятное дело, что электрические заряды таких кварков будут совершенно иными, чем считает стандартная модель.

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

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 rp). 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.

  • Напряженность E электрического поля протона в ближней зоне (r~rp), в системе СИ, как векторная сумма, приблизительно равна:
E p close 1.png
E p close 2.png

где N- protone.png — единичный вектор из ближней (1) или дальней (2) точки заряда протона q+ в направлении точки наблюдения (А), N- p.png — 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, ε0 - электрическая постоянная, z - высота точки наблюдения (А) (расстояние от точки наблюдения до плоскости протона), r0 - нормировочный параметр. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.)

Данное математическое выражение представляет собой сумму векторов и ее надо вычислять по правилам сложения векторов, поскольку это поле двух распределенных электрических зарядов (q+=+1.25e и q-=-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/m0~c <r< 2ħ/m0~c и Z< ħ/2m0~c).

  • Потенциал ϕ электрического поля протона в точке (А) в ближней зоне (r~rp), в системе СИ приблизительно равен:
F(A) p close 1.png
F(A) p close 2.png

где r0 - нормировочный параметр, величина которого может отличаться от r0 в формуле для E. (В системе СГС отсутствует множитель Mn СИ.png.) Данное математическое выражение не работает во внутренней (кольцевой) области протона, генерирующей его постоянные поля (при одновременном выполнении двух условий: ħ/m0~c <r< 2ħ/m0~c и Z< ħ/2m0~c).

Калибровку r0 для обоих выражений ближней зоны необходимо производить на границе области, генерирующей постоянные поля протона.

Время жизни протона[править]

Указанное в таблице время жизни 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.

Необходимо отметить, что никакого нейтрона, позитрона и нейтрино внутри протона нет. Все эти элементарные частицы создаются электромагнитным полем из электромагнитной энергии в соответствии с законами природы.

См. также[править]

Внешние ссылки[править]

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: