Нейтрино. Слабое взаимодействие

 

       Что мы знаем о нейтрино? При изучении бета-распада было обнаружено, что выделяющиеся при этом электроны обладают самой разнообразной кинетической энергией от 0 до Emax. При этом, когда электрон обладал кинетической энергией Emax, то баланс энергий в реакции совпадал, а когда меньше Emax, то согласно закону сохранения энергии в продуктах реакции получался её недостаток. Чтобы объяснить исчезновение энергии Emax-E, в 1932 году Паули высказал предположение, что при бета-распаде вместе с электроном испускается ещё одна частица, которая уносит с собой недостающую энергию. Так как эта частица никак себя не обнаруживала, следовало признать, что она электрически нейтральна и обладает весьма малой массой, а также очень слабо взаимодействует с веществом. Однако, не смотря на множество поставленных опытов, обнаружить эту частицу не удавалось. Но и отказаться от неё не могли, так как не могли объяснить недостаток энергии в реакции бета-распада. Поиски продолжались до 1956 года, когда было получено непосредственное экспериментальное доказательство существования нейтрино. Что нам скажет общепринятая теория?

     «Гипотеза о существовании нейтрино была высказана в 1932 году. В последующую четверть века было получено множество косвенных доказательств правильности этой гипотезы, однако непосредственно наблюдать нейтрино не удавалось. Причина этого заключается в том, что, не обладая электрическим зарядом и массой, нейтрино крайне слабо взаимодействует с веществом. Так, например, нейтрино с энергией ~1Мэв имеет в свинце пробег 100 световых лет. Только после создания ядерных реакторов, которые являются источниками мощных потоков нейтрино, появилась возможность наблюдать реакции с участием этих неуловимых частиц.
       Непосредственное наблюдение антинейтрино было осуществлено в серии опытов Ф.Рейнеса и К.Коуэна (1953-1956). Наблюдалась реакция:

 

которая по существу является обращением реакции распада нейтрона. Обращением реакции распада нейтрона в буквальном смысле слова была бы реакция:

 

однако такая реакция требует встречи трёх частиц и поэтому практически невозможна. «Вычитание» частицы равнозначно добавлению античастицы; вычитая слева e^- и добавляя справа e⁺ , получим нужную реакцию.
        Свидетельством того, что антинейтрино вступило в реакцию с протоном, служил факт одновременного возникновения нейтрона и позитрона. Позитрон практически сразу аннигилировал с электроном, что приводило к возникновению двух гамма-квантов, энергия каждого из которых 0,51 Мэв. Нейтрон после замедления захватывался ядром кадмия. Образовавшееся в результате возбуждённое ядро высвечивало несколько гамма-квантов с суммарной энергией 9,1 Мэв.
   Сцинтилляционная вспышка, вызванная захватными гамма-фотонами, запаздывала по отношению к вспышке, обусловленной аннигиляционными гамма-квантами, на несколько десятков микросекунд. Обе вспышки регистрировались по схеме запаздывающих совпадений; кроме того, оценивалась также энергия гамма-фотонов, вызвавших каждую вспышку (1,02 Мэв и 9,1 Мэв). Это позволяло надёжно отделить исследуемый эффект от фона, обусловленного другими процессами. Опыт продолжался 1371 час (57 дней). В час регистрировалось в среднем около трёх двойных вспышек ожидаемой интенсивности. Эти результаты служат прямым доказательством существования антинейтрино». (И.В.Савельев «Курс общей физики» том 3 стр.289-291 «Наука» 1979г.)

       Ну что, порассуждаем? Сначала о двух уравнениях реакций считающихся равнозначными.

                                                                          

       Посмотрим на них с точки зрения закона сохранения энергии. При аннигиляции электрона и позитрона получаются два одинаковых по энергии гамма-кванта. Значит у электрона и позитрона энергия одинакова и положительна. То, что позитрон – античастица выражается только в его электрическом заряде, а не в энергии. Тогда вычитая слева положительную порцию энергии (e^- ; электрон) и добавляя справа положительную порцию энергии (e⁺ , позитрон) мы нарушаем закон сохранения энергии. То, что в одном случае участвует нейтрино, а в другом антинейтрино не имеет значения, так как их энергия должна быть положительной, или следует признать, что энергия бывает отрицательной. Тогда частицы с положительной и отрицательной энергией, при встрече, должны исчезать бесследно. И никакой аннигиляции с выделением энергии быть не должно.
     Теперь о том, что наблюдали исследователи. Согласно закону сохранения энергии, протон должен получить и усвоить порцию энергии, достаточную для образования нейтрона и позитрона. И эта энергия может поступить не только от антинейтрино. (Помним, что рядом находиться атомный реактор, и всё насыщенно энергией). Протекание этой реакции говорит только о том, что протоном получена дополнительная энергия, а то, что эта энергия обязательно получена от антинейтрино не факт, а предположение.
     Осуществление реакции оценивалось по вспышкам по схеме запаздывающих совпадений, и по энергии вспышек. Может быть, подбирая время запаздывания и энергию вспышек можно «открыть» ещё много разных «странных» частиц?
     Считается, что взаимодействие нейтрино с веществом очень слабо. При этом реакции бета-распада, при которых появляется электронное нейтрино, совсем не редкость. Тогда, с течением времени их становится всё больше и больше, и всё большее количество вещества переходит в нейтрино. По некоторым данным уже около 99 процентов массы Вселенной перешло в нейтрино. (А.Семёнов «Мы живём в нейтринной Вселенной» Знание-Сила №5/1982г. стр.31)

      Ещё одним сложным вопросом остаётся источник энергии Солнца: «До недавнего времени представлялось несомненным, что синтез ядер водорода в ядра гелия является источником энергии Солнца. В середине 70-х годов появились основания сомневаться в правильности этого утверждения. Синтез протонов сопровождается возникновением нейтрино, количество которых можно оценить. Однако проведённые измерения показали, что количество выделяющихся на Солнце нейтрино крайне мало. В связи с этим вопрос о природе солнечной энергии остаётся неясным». (И.В.Савельев «Курс общей физики» том 3 стр.260 «Наука» 1979г.)

      Существовали две теории, одна о природе солнечной энергии, а другая о нейтрино. Опытные данные показали их противоречивость. И мы сразу сомневаемся в теории о природе солнечной энергии. И даже не ставим вопроса о существовании нейтрино. Так как теория о существовании нейтрино – священна. Даже подумать страшно о пересмотре или улучшении этой теории. Сразу запишут во враги науки.
       А вот с точки зрения нашего предположения нейтрино нет места. Так как у нейтрино нет электрического заряда, и тогда при его движении не может возникнуть магнитное поле. А ведь оно является кинетической энергией. Тогда нейтрино не может обладать кинетической энергией. То есть, если выразится по другому, нейтрино не сможет двигаться в пространстве. Только фотон не имеет электрического заряда, так как у него вся энергия кинетическая. Нейтрон же нейтральная частица только для внешних объектов, так как у него заряд одного знака компенсируется наличием заряда другого знака. Как же тогда без помощи нейтрино объяснить нехватку энергии у электронов при бета-распаде? Может быть, эта нехватка энергии изначально заложена в нейтроне?
     Давайте оглянёмся вокруг. Нас окружает вещество, состоящее из атомов различных элементов таблицы Менделеева. Зададимся вопросом, как возникли эти атомы, и особенно их ядра? Могли ли они возникнуть в условиях нашей планеты? Маловероятно. Может, они могли возникнуть в открытом космосе? Вероятность почти нулевая. А тогда где они могли возникнуть? Ведь ядра атомов тяжелее железа могли синтезироваться в реакциях ядерного синтеза, только с поглощением энергии, так как энергия связи нуклонов в этих ядрах (недостаток энергии по сравнению со свободными нуклонами или дефект массы) меньше, чем у железа. И тогда неустойчивые ядра могут распадаться на более простые, с выделением энергии. Где мог проходить синтез всех окружающих нас элементов? Такой синтез мог проходить только в недрах звёзд, где имеются необходимые гравитационные и температурные условия. А в недрах звёзд, с точки зрения нашего предположения, у частиц совсем другие соотношения потенциальной и кинетической энергии, чем на нашей планете. Частицы находятся в энергетической «яме» и без соединения в ядро. Соединившись в ядро, они попадают еще в более глубокую энергетическую «яму». И взаимодействие протона и электрона сильно отличаются от такого же взаимодействия на поверхности нашей планеты. Из-за отличия гравитационной массы электрон может вращаться по орбите не как у атома водорода на поверхности нашей планеты, а по гораздо меньшей. И чем меньше эта орбита, тем дольше такой атом «водорода» будет устойчив в окружающей его среде (огромные давления и температуры). Эта орбита может приближаться по размеру к протону. И тогда для внешних объектов такой «атом водорода» будет электрически нейтральным, а по размеру чуть больше протона. Может быть нейтрон – это и есть такой «водородный» атом? И тогда он может целиком войти в состав ядра атома. Размеры позволяют.
       При выбросе вещества из недр звезды к её поверхности, у частиц, входящих в состав ядра, увеличиться потенциальная энергия (гравитационная масса) за счёт уменьшения кинетической энергии. Если выброс вещества с поверхности звезды вынесет ядро атома за её пределы, то ядро будет устойчиво, хоть и приобретёт дополнительную потенциальную энергию. Её всё равно не хватит на разъединение нуклонов в данных гравитационных условиях, так как в этих гравитационных условиях и энергия свободных нуклонов тоже увеличится. Нейтрон, если он является «водородом звёздных недр», тоже будет устойчив, пока он находиться в энергетической «яме» ядра атома. Ядро атома на пути из недр звезды начнёт «обрастать» электронами, которые будут занимать орбиты, размеры которых будут зависеть от гравитационных условий.
     Вышеописанные размышления не противоречат тому факту, что нейтрон устойчив в ядре атома, а в свободном состоянии распадается на протон и электрон. Период полураспада нейтронов составляет приблизительно 13 минут. Может быть, кинетическая энергия электронов при бета-распаде несёт нам информацию о гравитационных условиях образования нейтрона? Вопрос очень спорный и дискуссионный. Однако я считаю, что такая возможность не исключена.
     Нейтрон может появиться и в гравитационных условиях нашей планеты, но только в энергетической «яме» ядра атома. При этом исчезает протон в ядре и электрон на электронных оболочках. Такой процесс называют электронным захватом. Может быть, электрон всё-таки «падает» на ядро и начинает вращаться вокруг протона по орбите ненамного большей размера протона? Тогда максимальной кинетической энергией будет обладать электрон, полученный при бета-распаде нейтрона, образовавшегося в ядре атома на поверхности нашей планеты. Чуть меньшей в ядре атома в недрах Земли. Ещё меньшей на поверхности звезды. Совсем маленькой – в недрах звезды. И тогда существование нейтрино совсем не обязательно.
     Слабое взаимодействие введено для описания взаимодействия нейтрино с веществом. Вопрос в том, существует ли нейтрино? Если нет, то и необходимость в слабом взаимодействии совсем отпадает.