Темная материя и позитронно-электронная модель атомного ядра

Стандартная модель и  типы кварков

В стандартной модели есть шесть типов кварков — нижний, верхний, странный, очарованный, красивый и истинный. У них также есть спутники в виде антиматерии — считается, что у каждой частицы есть версия из антиматерии, практически идентичная ей, но с противоположным зарядом. Кварки и антикварки объединяются с созданием частиц, известных как адроны.

 

Символ

Название

Заряд

Масса

рус.

англ.

Первое поколение

d

нижний

down

1/3

4,8 ± 0,5 ± 0.3 МэВ/c²

u

верхний

up

+2/3

2,3 ± 0,7 ± 0.5 МэВ/c²

Второе поколение

s

странный

strange

1/3

95±5 МэВ/c²

c

очарованный

charm (charmed)

+2/3

1275 ± 25 МэВ /с²

Третье поколение

b

прелестный

beauty (bottom)

1/3

4180 ± 30 МэВ/c²

t

истинный

truth (top)

+2/3

174 340 ± 650 МэВ/c²

Согласно модели Гелл-Манна, есть два широких класса адронов. Одна из частиц состоит из трех кварков — барионов (которые включают протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра) — и других частиц, состоящих из кварка и антикварка, то есть мезонов.

Протон в стандартной модели

Утверждается, что протон состоит из трёх кварков, но это ложь – во благо, но всё же довольно большая. На самом деле в протоне существует несметное количество глюонов, антикварков и кварков. Стандартное сокращение «протон состоит из двух верхних кварков и одного нижнего кварка» просто говорит о том, что в протоне на два верхних кварка больше, чем верхних антикварков, и на один нижний кварк больше, чем нижних антикварков. Чтобы это сокращение стало верным, необходимо добавлять к нему «и ещё несметные количества глюонов и пар кварк-антикварк». Без этой фразы представление о протоне будет настолько упрощённым, что понять работу БАК будет совершенно невозможно.

 

Внутренности самого протона больше напоминают коммуну, где плотно расположено множество холостых взрослых и детей: чистый хаос. Это связанное состояние, но связывает оно не нечто простое, вроде протона с электроном, как в водороде, или хотя бы несколько десятков электронов с атомным ядром, как в более сложных атомах типа золота – но несметное количество (то есть, их слишком много и они слишком быстро меняются, чтобы их можно было подсчитать практически) легковесных частиц под названием кварки, антикварки и глюоны. Невозможно просто описать структуру протона, нарисовать простые картинки – он чрезвычайно дезорганизован.

Большой адронный коллайдер

БАК (Большой адронный коллайдер, LHC) — это самый крупный в мире ускоритель частиц, расположенный на франко-швейцарской границе в Женеве и принадлежащий концерну CERN. Основной задачей строительства Большого адронного коллайдера был поиск бозона Хиггса, неуловимой частицы, последнего элемента Стандартной модели. Задачу коллайдер выполнил: физики действительно обнаружили элементарную частицу на предсказанных энергиях.

Теперь, когда ученые очень сомнительно нашли бозон Хиггса, Большой адронный коллайдер будет искать еще более неуловимую цель: темную материю. Нас окружают темная материя и темная энергия — невидимые субстанции, которые связывают галактики, но никак себя не выдают. Воистину черная кошка в темной комнате.

После того, как в 2021 году ускоритель заряженных частиц Большой адронный коллайдер (БАК) вновь будет запущен после обновления и сможет снова сталкивать частицы друг с другом, ученые надеются, с помощью него наконец открыть неуловимую темную материю. Физики не одно десятилетие тщетно пытаются обнаружить частицы темной материи, на которые приходится основная масса нашей Вселенной. Однако теперь у исследователей появилась новая цель в этих поисках: относительно тяжелая и долгоживущая частица, которую можно получить в результате высокоэнергетических столкновений на БАК. 

Понятие темной материи

Используя современные методы, ученые с высокой точностью определили количество всей материи во вселенной и, как оказалось, оно намного превосходит обычную материю, существующую в виде атомов. После обширной научной дискуссии, длившейся на протяжении нескольких десятилетий, ученые пришли к следующему выводу: бóльшая часть (т. е. около 84%) материи во вселенной состоит отнюдь не из атомов или каких-либо других известных видов материи, а из чего-то другого, причем оно не излучает, не отражает свет и не поглощает его. За неимением лучшего мы называем это загадочное нечто «темной материей». Однако назвать — не значит понять.

Взаимодействие темной материи должно осуществляться посредством так называемого слабого ядерного взаимодействия или какой-то другой неизвестной еще силы, равномощной слабому взаимодействию. Такие частицы назвали вимпами, от англ. WIMP «weakly interacting massive particles» — слабовзаимодействующие массивные частицы.

Темная материя и позитронно-электронная модель атомного ядра

В соответствии с позитронной-электронной моделью атомного ядра заряд не делим, т.е. носителем положительного заряда является позитрон, носителем отрицательного заряда является электрон. Фотон является продуктом аннигиляции позитрона и электрона, т.е. он состоит из позитрона и электрона.

В физике термин «аннигиляция» [буквально означающий «исчезновение», «уничтожение» (лат. annihilatio, от ad — к и nihil — ничто)] принят для наименования процесса, в котором частица и отвечающая ей античастица превращаются в электромагнитное излучение — фотоны или в другие частицы — кванты физического поля иной природы (см. Поля физические). Рождение пары — это обратный процесс, при котором в результате взаимодействия электромагнитных или других полей одновременно возникают частица и античастица.

Темная материя является источником гравитационного поля и не имеет заряда. Свет (фотон = позитрон + электрон),  проходя сквозь мощное гравитационное поле темной материи, взаимодействует  с ней. Электрон отталкивается от черной материи, позитрон притягивается – т.е. идет процесс, противоположный аннигиляции, рождение пары. В результате фотон в сильном гравитационном поле как бы смещаются в разные стороны – позитрон в сторону темной материи, а электрон в противоположную. Позитрон поглощает  часть темной материи, превращаясь в протон. Сам же фотон в итоге превращается в нейтрон = протон + электрон.

Этап 1

Этап 2

Этап 3

Фотон и темная материя находятся далеко друг от друга

Фотон и темная материя находятся близко друг к другу, Фотон начинается как бы расслаиваться на позитрон и электрон

Позитрон захватил темную материю и образовался протон, в паре с электроном -  нейтрон. Кулоновское притяжение между протоном и электроном компенсируется отталкиванием темной материи и электрона

 

 

 

 

 

 

  

 

 

Вывод:

Протон в позитронной-электронной модели атомного ядра является продуктом взаимодействия двух типов материи:

  • Электромагнитной – позитрон, электрон и фотон
  • Темной материи – источник гравитационного поля
  • Каждая материя сохраняет свои свойства

Материя в целом заряжена нейтральна, т.е. на один электрон приходится один протон, который состоит их позитрона и темной материи. Протон тяжелее электрона в 1836 раз, в сумме позитрон + электрон легче темной материи в 918 раз, что составляет 0,1%, а оставшиеся 99,9% - это темная материя.