Электрон – “золотой ключик” физики

© Верин О.Г.

Контакт с автором [e-mail]

Электрон – самая легкая частица вещества – как будто специально был создан для того, чтобы стать ключом к познанию Природы. Он участвует почти во всех физических явлениях, “умеет” свободно перемещаться, легко узнаваем в своих проявлениях и одновременно несет в себе черты универсального “кирпичика” материи.

________________________________________________________________________________________

　

Точечный” электрон.

Электроны, как никакие другие частицы, повсеместно “напоминают” о себе электрическими природными явлениями, многообразными устройствами электротехники и электроники и даже умением “выпрыгивать” из вещества, например, из катодов в электронных трубках. Но для физики особенно важно, что электроны, являясь универсальными частицами с “зашифрованными” в них тайнами Природы, наиболее доступны для изучения.

Однако по злому стечению обстоятельств именно это столь принципиально важное звено познания (изучение электрона) наукой было фактически пропущено. Более того, на изучение электрона было даже наложено своеобразное табу!

Как это могло произойти?

Почти век назад в науке появились очень шумные любители “сумасшедших идей”, которые вместо тщательного изучения и моделирования электрона, как это следовало бы сделать согласно научному подходу и традициям физики, просто “постулировали” его как некую необъяснимую данность и “пошли” дальше. Электрон был объявлен “точечной” частицей, обладающей особыми волновыми и “квантовыми” свойствами, а периодически возникавшие споры по поводу происхождения этих свойств, мягко говоря, пресекались.

“Золотой ключик” к познанию Природы, таким образом, был выброшен.

В науке начался период мистики, а физика превратилась в абстрактную теорию с отвлеченными умозрительными построениями.

Но бесконечно держать “в узде” научное сообщество не возможно. Вопросов накопилось много, и они требуют ответов.

Каким образом “точечный” электрон может обладать весьма заметным собственным механическим моментом или спином? Довольно простой опыт Эйнштейна и де Хааза позволил измерить его величину [1].

Даже если предположить, что спин электрона (s = ћ/2, h =2πћ – постоянная Планка) образуется вращением всей массы электрона т вокруг какого-то центра со скоростью света с, то и в этом случае радиус вращения будет на два порядка превышать известные размеры протона и нейтрона:

(1)

Действительно, расчет по формуле (1) дает величину, равную половине комптоновской длины волны электрона: r_e ≈1,93∙10^-13м, в то время как размеры протона и нейтрона имеют порядок величины ~ 10^-15м [2].

Электрон обладает магнитным моментом, который также в сотни раз больше, чем магнитные моменты нуклонов. Его величина примерно равна магнетону Бора и с учетом (1) может быть представлена в виде:

(2)

Соотношения (1) и (2) “провоцируют” мысль о том, что “точечный” электрон каким-то образом вращается по круговой орбите, а при поступательном движении его траектория напоминает спиральную линию. Однако это не так.

Магнитный момент вращающегося по окружности со скоростью света заряда e равен произведению средней величины тока на площадь круга:

(3)

Как видим, это значение в два раза меньше фактической величины (2).

Кроме того, ни частица, ни ее заряд не могут двигаться со скоростью света. Эта предельная скорость может быть достигнута только электромагнитной волной. Поэтому, учитывая наличие оси вращения электрона, его структура может быть представлена в виде слоя вращающегося электромагнитного поля (рис. 1).

 

Рис. 1. Электрон – вращающийся электромагнитный солитон.

Интересно, что с учетом (1) частота вращения поля в структуре электрона соответствует удвоенной энергии-массе электрона:

(4)

Это отражает известную закономерность микромира – частицы и античастицы рождаются парами. В данном случае (4) указывает на возможность рождения электрон-позитронной пары из кванта, имеющего такую частоту.

Следовательно, частота электрона изначально соответствует его удвоенной энергии-массе, чем и объясняется известная формула для длины волны движущегося электрона, используемая при описании его волновых свойств.

Действительно, энергия (масса) движущегося электрона увеличивается при не слишком больших скоростях пропорционально его кинетической энергии, а частота электрона – пропорционально удвоенному увеличению энергии (4):

(5)

Возникающая разность частот между движущимся электроном и окружающими его неподвижными частицами приводит к “биениям” (подобно связанным маятникам с немного отличающимися частотами). Поделив скорость движения электрона на частоту биений (5), получаем длину волны де Бройля:

(6)

Как видим, в волновых свойствах электрона нет ничего мистического – это результат взаимодействия частиц как колебательных систем.

Частота (вращения) электрона в соответствии с (4) составляет огромную величину 2,47∙10²⁰ Гц и намного превышает частоту биений (5). Поэтому все характеристики электрона воспринимаются как некоторые постоянные усредненные величины. Но следует всегда помнить, что на самом деле ивнешние, и внутренние поля вращающегося солитона постоянно пульсируют и имеют множество гармонических составляющих.

Если отвлечься от этих колебаний и воспринимать характеристики электрона как некоторые усредненные величины, то его структуру (рис. 1) удобно представить в виде двух вставленных друг в друга цилиндров, в пространстве между которыми вращается электромагнитное поле (рис. 2).

Рис. 2. Усредненная картина полей в структуре электрона.

Спин электрона s образуется вращающимся потоком энергии [ ExH ] тонкого слоя электромагнитного поля между цилиндрическими поверхностями.

Внутреннее электрическое поле уравновешивается внешним электрическим полем (вот они “резинки Пуанкаре”!). При этом силовые линии магнитного поля между цилиндрами идут параллельно оси, а, выходя за пределы этой структуры, образуют внешнее магнитное поле электрона (магнитный момент).

Напомним, что понятие о магнитном диполе используется как аналогия электрического диполя, хотя их поля существенно отличаются (рис. 3).

 

Рис. 3. Поля электрического (слева) и магнитного (справа) диполей.

Принципиальное отличие заключается в том, что электрические заряды диполя, вообще говоря, можно перемещать в пространстве независимо друг от друга, в то время как “магнитные заряды” связаны друг с другом кольцевыми токами в специальном устройстве, например, в виде соленоида (рис. 3).

Кроме того, электрические силовые линии замыкаются на заряды, а магнитные силовые линии замыкаются “сами на себя”, и поэтому мы вынуждены считать “магнитными зарядами” отверстия соленоида, в которые магнитные силовые линии “входят” или “выходят”. Электрический заряд равен потоку электрического поля, исходящего из заряженной сферы (Q =ε E ∙4π R ²), а “магнитный заряд” равен потоку магнитного поля, исходящего из отверстия соленоида (Q_m = H ∙π R ²). Электрическое поле заряженной сферы распределено по всем направлениям, а магнитное поле, исходящее из отверстия соленоида, имеет одно направление – вдоль оси соленоида.

Тем не менее, несмотря на эти существенные отличия, на больших расстояниях поля электрического и магнитного диполей имеют одинаковые закономерности и зависят только от произведения величины зарядов (Q, Q_m) на расстояние между ними l. Это произведение и называется “моментом” диполя.

Интересно, что величина магнитного момента оказывается равной произведению напряженности магнитного поля внутри соленоида H_i, где оно почти не меняется, на внутренний объем соленоида:

(7)

Чтобы оценить особенности внешних полей, создаваемых диполями, определим поле электрического диполя для двух характерных случаев.

1) На оси диполя, проходящей через центры зарядов, направление поля совпадает с направлением оси, а величина поля является разностью полей положительного и отрицательного зарядов диполя. На большом расстоянии от диполя эта величина приближенно равна производной изменения поля от расстояния до заряда, умноженной на расстояние между зарядами:

(8)

2) В плоскости, перпендикулярной оси диполя и находящейся посередине между зарядами, поле диполя является результатом векторного сложения полей положительного и отрицательного зарядов (рис 4).

 

Рис. 4. Определение величины поля диполя.

Видно, что результирующее поле параллельно оси диполя, а абсолютная величина определяется из подобия равнобедренных треугольников, образуемых векторами полей и расстояниями r и l:

(9)

Формулы (8) и (9) имеют аналогичный вид и для магнитных диполей:

(10)

(11)

Таким образом, поле диполя быстро уменьшается с расстоянием (~ 1/ r ³), при этом вдоль оси (10) поле оказывается в два раза больше, чем сбоку от диполя (11) на одном и том же расстоянии r от диполя. Эта закономерность наблюдается, например, у магнитного поля Земли: на магнитном экваторе поле составляет около 27 А/м, а у магнитных полюсов – около 52,5 А/м [3].

Вернемся к анализу свойств электрона и его структуры (рис. 2).

Расстояние между цилиндрическими поверхностями, где распространяется тонкий слой электромагнитного поля, обозначим через Δ. А отношение этой величины к среднему диаметру вращения обозначим как α = Δ/2 r_e.

Такое обозначение выбрано не случайно, так как далее мы увидим, что в структуре электрона оказалась “зашифрована” знаменитая и загадочная физическая константа α – постоянная тонкой структуры.

Высоту цилиндрических поверхностей положим равной их среднему диаметру l = 2 r_e. Этим достигается равенство площади боковой поверхности цилиндра и площади поверхности сферы того же радиуса (4π r_e ²), что важно для так называемого “сшивания” полей. Дело в том, что цилиндрическая симметрия электрического поля в непосредственной близости от электрона (рис. 2) “трансформируется” в сферическую симметрию поля на больших расстояниях.

Сделав эти уточнения, с учетом (2) получаем величину “магнитных зарядов” электрона как магнитного диполя

(12)

С другой стороны, “магнитный заряд” равен потоку магнитного поля сквозь торцевую поверхность σ структуры электрона (рис. 2). Поэтому величина магнитного поля внутри структуры электрона определяется простыми расчетами:

(13)

Принимая во внимание, что [2]

(14)

получаем выражение для внутреннего магнитного поля электрона

(15)

Так как электрон является вращающейся электромагнитной волной (солитоном), то энергия его внутреннего магнитного поля равна энергии внутреннего электрического поля. Это легко подтверждается тем, что удвоенная энергия магнитного поля (полная энергия), заключенная в структуре электрона, соответствует массе электрона.

Действительно, используя (14), (15) и (1), получаем:

(16)

Следовательно, внутреннее электрическое поле также легко определить:

(17)

Теперь воспользуемся упоминавшимся выше сопряжением полей ближней зоны (с цилиндрической симметрией) и дальней зоны (со сферической симметрией) и определим потенциал на “поверхности” электрона через напряженность внешнего электрического поля. Исходя из этого, потенциал на “поверхности” электрона (как интеграл напряженности поля от бесконечности до поверхности электрона), получим по формуле для заряженной сферы:

(18)

Здесь E_e – напряженность электрического поля непосредственно на внешней “поверхности” электрона.

С другой стороны, тот же потенциал приближенно равен произведению внутренней напряженности электрического поля на расстояние между цилиндрами (внутренний и внешний потенциалы уравновешивают друг друга)

(19)

Отсюда с учетом (12) получаем:

(20)

Таким образом, внешнее поле электрона в десятки раз (2α≈2/137) меньше внутреннего поля в структуре электрона, а заряд электрона (произведение электрического смещения на площадь внешней поверхности), как и следовало ожидать, равен известному значению е.

Мы убедились, что в основе “устройства” электрона действительно лежит постоянная тонкой структуры α и “увязывает” между собой его параметры. Это не разрозненные неизвестно откуда взявшиеся “квантовые” величины, но, наоборот – характеристики электрона в совокупности создают единый закономерный образ “самой элементарной” частицы вещества.

Электрон как самая легкая и “рыхлая” частица вещества, тем не менее, поражает воображение порядками характеризующих его величин. Вычисления конкретных значений по приведенным выше формулам дают возможность в этом убедиться. Вот несколько наиболее интересных результатов.

Кольцевые токи по цилиндрическим поверхностям структуры электрона составляют величину I ≈ H_i ∙2 r_e ≈ 2,72∙10³А. Соответственно внутреннее магнитное поле приблизительно равно H_i ≈0,7∙10¹⁶А/м. Напряженность электрического поля в структуре электрона E_i ≈2,64∙10¹⁸В/м, а на внешней “поверхности” электрона напряженность электрического поля меньше (множитель 2α), но также имеет внушительную величину E_e ≈3,85∙10¹⁶В/м.

Плотность энергии в кольцевом слое вращающегося поля, исходя из этих величин, составляет огромную величину – около 6,2∙10²⁵Дж/м³, что соответствует (после деления на квадрат скорости света) плотности вещества 0,69∙10⁹кг/м³.

Это порядок миллиона тонн на кубический метр!

Однако объем этого кольцевого слоя поля настолько мал (V ≈1,32∙10^-39м³), что, умножая его на полученную плотность вещества, мы получаем известную чрезвычайно малую величину массы электрона (m ≈ 9,1∙10^-31кг).

Интересно, что электрический потенциал на внешней “поверхности” электрона также относительно невелик и равен φ ≈ 7,44∙10³В. То есть, уже при энергии сталкивающихся электронов порядка 10 киловольт потенциальный барьер электрона будет преодолен.

Что при этом произойдет? Ничего особенного. Электроны, являясь электромагнитными солитонами, пройдут сквозь друг друга, как это “делают” любые другие солитоны. Именно по этой причине эксперименты, направленные на обнаружение внутренней структуры (или определение размеров) электрона, так и не достигли своей цели.

Полученные выражения для усредненных характеристик электрона отличаются удивительной простотой. Эти “красивые” формулы являются приближенными, но достаточно близкими к реальным величинам из-за малости внешних полей электрона в сравнении с его внутренними полями.

Эта особенность электрона связана с тем, что вращающиеся солитоны описываются универсальной константой электромагнитного взаимодействия – постоянной тонкой структуры. Слой вращающегося электромагнитного поля очень тонкий, а внешние поля солитона соответственно малы. Таким образом, практически вся энергия-масса электрона сосредоточена внутри его структуры, а внешние поля дают очень малый вклад (порядка α).

Таковы основные черты портрета якобы “точечного” электрона.

　

Электрон и теория поля.

Многие читатели наверняка задаются вопросом о том, каким образом в вакууме возникают цилиндрические поверхности, которые образуют структуру электрона и по которым текут кольцевые электрические токи?

Вопрос этот закономерен и очевидно связан с насаждавшимися многие годы ошибочными представлениями о вакууме как о “пустом” пространстве. Теперь это заблуждение преодолевается, и вместо “пустоты” вводится понятие некоторой особой среды, именуемой “физическим вакуумом”.

На самом деле, “физический вакуум” это не что иное, как реанимация все того же эфира, также отброшенного и “запрещенного” в начале прошлого века.

“Хорошо забытая” модель свойств вакуума (эфира) была разработана еще полтора столетия назад Джеймсом К. Максвеллом. Уравнения электромагнитного поля, полученные на основе этой модели, фактически описывают свойства вакуума как “особой среды”. Но нам внушили, что поле существует в пустоте!

Получив “в наследство” всю эту путаницу, мы называем вакуумом одну из самых интересных по своим свойствам нелинейных сред, а полем – свойства этой среды, которая может двигаться и испытывать напряжения, как и любая другая среда. Движение (вращение) элементов этой среды воспринимается как магнитное поле, а упругая деформация – как электрическое поле [4, 5].

На рис. 6 показано, как электрический ток “заставляет” вращаться “молекулярные вихри”, представленные в виде многогранников, заполняющих все пространство. При этом совершенно не важно, чтó именно там вращается – содержимое многогранников, или каким-то образом перемещаются только гибкие оболочки “вихрей”. Это движение означает наличие магнитного поля в пространстве. Представление ячейки эфира в виде многогранника взято из книги Максвелла [4]. Очень малые частицы между “молекулярными вихрями” представляют “электрическую жидкость”. Они тоже могут вращаться и играют роль передающего звена, обеспечивая вращение вихрей в одну и ту же сторону.

Кстати, Максвелл нередко видоизменял свою модель, приспосабливая для решения той или иной конкретной задачи. В частности, вместо многогранников использовались, например, “молекулярные вихри” в виде шариков (пространство между этими относительно большими шариками также должно заполняться “электрической жидкостью” в виде шариков пренебрежимо малых размеров).

Модель Максвелла, на основе которой были разработаны знаменитые уравнения электромагнитного поля, еще далеко не исчерпала своего потенциала.

Именно модель Максвелла раскрывает конкретный физический механизм нелинейности вакуума и “квантования” поля – образования (структурирования) элементарных частиц. Максвелл, вероятно, нисколько не удивился бы тому, что в вакууме может возникнуть электрический ток, формирующий структуры частиц. Модель дает возможность понять, каким образом “движется” электромагнитное поле в структуре солитона, и как возникают области с ненулевой дивергенцией электрического поля, формирующие заряд электрона [6, 7].

 

Рис. 5. Модель Максвелла. Постоянное магнитное поле (вращение “молекулярных вихрей” эфира) вызвано электрическим током.

Процесс передачи вращения (магнитного поля) от “вихря” к “вихрю” естественно связан с возникновением сил и соответствующих деформаций (электрического поля). Поэтому передача энергии поля в пространстве описывается векторным произведением [ ExH ].

Подробнее процессы квантования поля, описываемые моделью Максвелла, рассмотрены в работах [6, 7]. Упомянем здесь лишь один очень важный момент. Модель Максвелла “предсказывает” существование еще одной разновидности электромагнитного поля, наряду с “обычным” поперечным полем, описываемым уравнениями Максвелла. Его можно называть “продольным” полем или как-то иначе, но важно не название, а реальные признаки и свойства этого поля.

Оно существует вокруг всех элементарных частиц в виде стоячих волн и обеспечивает постоянное взаимодействие между всеми частицами. Для описания этого поля, видимо, следует создать специальный математический аппарат, так как существующими уравнениями (для поперечных волн) его описывать не только затруднительно, но и, по всей вероятности, некорректно. Попытка описания внешнего переменного поля электрона была предпринята в [6].

В этой связи следует также упомянуть интересные рассуждения Р.Фейнмана об “уходящих” и “приходящих” волнах вокруг точечного источника [8], а также о взаимодействии между электронами посредством таких волн [9].

Трудно себе представить, насколько сложна интерференционная картина взаимодействий в природе, обеспечиваемых этими весьма распространенными и, тем не менее, “неучтенными” продольными электромагнитными волнами.

Наряду с функцией обеспечения постоянного взаимодействия между частицами, результатом интерференции этой разновидности поля могут быть локальные “всплески” амплитуды поля, вызывающие явления, которые можно отнести к “квантовым” случайным процессам.

Среди этих трудно предсказуемых процессов возможно спонтанное образование и исчезновение солитонов различных видов в интерференционных максимумах суммарного продольного поля. Подобные процессы можно рассматривать в качестве физической основы механизма возникновения виртуальных частиц. Как правило, речь идет о “легких” частицах – виртуальных фотонах и виртуальных электрон-позитронных парах.

В завершение этого раздела обратим внимание еще на один важный принципиальный вопрос, который почему-то “не замечают” теоретики.

Кроме “резинок Пуанкаре”, необходимых для противодействия электростатическому расталкиванию заряда в структуре электрона, существует куда более мощная сила, “стремящаяся” разрушить электрон.

Как мы видели, роль “резинок Пуанкаре” выполняет внутреннее электрическое поле, имеющее противоположное направление по отношению к внешнему полю электрона и уравновешивающее внешний потенциал. А вот о том, что момент импульса (спин) электрона сопряжен с центробежными силами, которые намного превосходят электростатические силы расталкивания заряда почему-то в теории “не принято” даже упоминать.

Сравним эти величины. Электростатическую силу расталкивания заряда электрона оценим исходя из формулы для энергии заряженной сферы

(21)

Эта сила оказывается более чем на два порядка меньше центробежной силы (их отношение равно постоянной тонкой структуры):

(22)

(23)

Что же может противостоять такой огромной центробежной силе?

Ответ только один: эту силу принимает на себя та самая универсальная среда (эфир), в которой происходят динамические процессы солитона.

Мы ведь не удивляемся тому, как образуются воронкообразные вихри в воде, и как окружающая масса воды “противостоит” центробежной силе, возникающей при вращении воды в вихре.

Сам факт стабильности электрона, обладающего механическим моментом вращения - спином (с соответствующей центробежной силой), является неопровержимым доказательством существования эфира.

К сожалению, даже многие научные работники не читали работ Максвелла и фактически ничего не знают о его модели эфира. Поэтому сейчас, когда вакуум все-таки признается “особой средой”, появилось много изобретателей “велосипеда” в виде “новых” моделей эфира.

Но, в отличие от модели Максвелла, новые модели не дают возможности получить даже “обычные” уравнения электромагнитного поля. Кроме того, только ячеистая жесткая структура эфира, предложенная Максвеллом, способна объяснить нелинейные процессы структурирования энергетических образований (частиц) в вакууме и “сдерживание” центробежных сил, порождаемых спином.

В лекциях для студентов модель Максвелла, как правило, не упоминается, либо удостаивается нескольких снисходительных фраз о ее “механистичности”. Гениальную находку Максвелла выбросили, посчитав уравнения более ценными, чем модель, с помощью которой они были получены.

Однако модель Максвелла не сводится к уравнениям электромагнитного поля. Она открывает новые возможности для осмысления современных проблем физики (квантования поля, образования и строения элементарных частиц, продольных стоячих волн вокруг частиц и динамических процессов, сопровождающих структурирование поля, включая образование отличной от нуля дивергенции электрического поля – заряда [6]).

　

Универсальность электрона.

Нелинейность вакуума (особой среды), как мы видели, проявляется в структурировании (квантовании) поля не только в виде фотонов, но и других элементарных частиц, также “состоящих” из поля. Вся окружающая нас реальность (и мы сами) являемся энергетическими возбуждениями вакуума.

Но самое поразительное заключается в том, что все элементарные частицы вещества “состоят” из солитонов, аналогичных электрону!

Впрочем, если подумать серьезнее, то было бы удивительным и странным обратное: в нелинейной среде, которой является вакуум, вряд ли стоило бы ожидать большого разнообразия видов солитонов.

“Стремление” природы к универсальности прослеживается особенно наглядно при изучении строения вещества. Действительно, стоит только вспомнить о том, что неисчислимое множество различных химических соединений, существующих в природе, включает в себя всего около сотни разновидностей атомов таблицы Д.И.Менделеева. В свою очередь, сами атомы состоят только из трех видов частиц: протонов, нейтронов и электронов.

Теперь же мы убеждаемся, что все элементарные частицы вещества состоят из однотипных элементов в виде электромагнитных солитонов, которые принципиально ничем не отличаются от “простейшего” электрона. Конечно, они имеют разные массы и размеры, но их строение и характеристики повторяют закономерности универсального “кирпичика” вещества (рис. 1).

Самым похожим на электрон является позитрон – античастица электрона. Просто в структуре позитрона все поля имеют противоположные направления. По этой причине магнитный момент позитрона имеет то же направление, что и спин (рис. 6), в то время как у электрона они имеют противоположные направления. Но структура, размеры и абсолютные величины полей у этих частиц одинаковые.

Рис. 6. В структуре позитрона все поля имеют противоположные направления в сравнении с электроном.

Были открыты нестабильные тяжелые “аналоги” электрона (0,511 МэВ) – мюон (105,66 МэВ) и тау (1784,2 МэВ). Эти частицы также копируют устройство электрона, и к ним могут быть применены все формулы, полученные выше для электрона. В соответствующих формулах (для радиуса, магнитного момента и др.) надо просто заменить значение массы. Вследствие большей массы размеры и магнитные моменты этих частиц оказываются меньше, чем у электрона, но также с большой точностью выражаются формулами, аналогичными (1) и (2).

Отличие реальной величины магнитного момента электрона от магнетона Бора (2) очень мало и называется аномальным магнитным моментом. Насколько похож “аналог” электрона мюон на оригинал можно судить по тому факту, что даже аномальные моменты электрона и мюона совпадают с большой точностью:

(24)

Следующими “наиболее элементарными” частицами считаются кварки, входящие в состав барионов (состоят из трех кварков) и мезонов (состоят из двух кварков). В частности, протоны и нейтроны состоят из кварков двух типов – так называемых верхнего (u) и нижнего (d). Протон состоит из двух кварков u и одного кварка d, а нейтрон – из двух кварков d и одного кварка u.

 

Рис. 7. Протон состоит из двух кварков u и одного кварка d.

Кварк d напоминает отрицательный электрон, а кварк u – положительный позитрон. Таким образом, можно сказать, что в составе обычного вещества (в нуклонах) находятся солитоны с признаками антивещества.

В свободном состоянии кварки получить не удалось, и связано это со спецификой сильного взаимодействия, действующего между кварками. Дело в том, что в составе протонов и нейтронов кварки находятся буквально вплотную друг к другу (рис. 7) и испытывают мощное взаимное влияние. Поэтому кварки по существу являются сильно связанными колебательными системами. В структурах друг друга они “наводят” дополнительные волны достаточно больших амплитуд, которые существенным образом меняют все характеристики составной частицы - нуклона: энергию (массу), магнитный момент, заряд и др. [6, 7].

За счет наложения поля дополнительных “наведенных” солитонов на волны основных солитонов возникает “дефицит” энергии-массы кварков. В этом заключается механизм “сильного взаимодействия” кварков в составе протонов и нейтронов, энергия которого достигает 56-58 МэВ на нуклон.

Заметим, что аналогично магнетону Бора (2) магнитные моменты нуклонов нужно было бы измерять не в “ядерных магнетонах”, а в “магнетонах кварка”, так как кварки почти в 3 раза легче нуклона и поэтому их магнитные моменты (P_u, P_d) больше ядерного магнетона μ_яд= e ћ/2 m_p, m_p - масса протона.

Характеристики “деформированных”, сильно связанных солитонов (кварков) заметно отличаются от “эталонных” свободных солитонов. Наведенные малые волны (подобие гипотетических глюонов) изменяют заряд нейтрона (он “должен был быть” отрицательным) и магнитные моменты обоих нуклонов (у протона + 2,793μ_яд вместо + 3μ_яд, а у нейтрона – 1,913μ_яд вместо – 3μ_яд).

По поводу кварков в литературе, посвященной элементарным частицам, можно найти весьма противоречивые суждения. В частности, кварки, как и электрон, называют “точечными” частицами, а массы кварков полагают очень малыми [10]: m_u ≈ 4МэВ, m_d ≈ 7МэВ. Совершенно очевидно, что при таких массах кварков размеры и магнитные моменты нуклонов были бы существенно больше фактических величин. Реальные же массы кварков близки к 1/3 массы нуклона.

Более подробно строение кварков, размеры и параметры нуклонов рассмотрены в [6] и мы не будем здесь углубляться в эту проблему. Сделаем лишь одно дополнительное замечание по поводу механизма “фиксации” взаимного расположения основных и малых волн в составе кварков.

В связи с этим мы должны вспомнить замечательного ученого первой половины ХХ века академика АН СССР Л.И.Мандельштама, автора основополагающих исследований по теории колебаний. В частности, им было показано, что в объемных цилиндрических или сферических резонаторах при наличии неоднородностей электромагнитное поле ориентируется относительно этих неоднородностей таким образом, что частота колебаний резонатора принимает либо максимальное, либо минимальное из возможных значений.

Нечто подобное происходит в кварках как своеобразных электромагнитных резонаторах. Малые “наведенные” волны (как неоднородности) и основные солитоны “накладываются” друг друга таким образом, что результирующее поле уменьшается, “высвобождая” как можно больше энергии. Частота частицы становится максимальной при минимальной результирующей массе-энергии.

Поэтому частоты нуклонов существенно выше, чем можно было бы ожидать, исходя из их массы: эффективная масса кварка (≈332 МэВ) превосходит одну треть средней массы нуклонов почти на 6%.

Эта разница (дефицит массы) как раз и характеризует энергию сильного взаимодействия (56-58 МэВ в расчете на один нуклон), действующего между кварками внутри нуклонов.

Очевидно, что между кварками действует также и электромагнитное взаимодействие, но оно малозаметно на уровне сильного взаимодействия.

В составе ядра нуклоны проявляют себя как весьма прочные частицы (внутри нуклонов существует и сильное, и электромагнитное взаимодействия), а между собой взаимодействуют только на уровне электромагнитного взаимодействия. Соответственно дефицит массы атомных ядер в расчете на один нуклон для наиболее прочных ядер составляет “всего” порядка 8 МэВ [2] (по отношению к массе нуклонов эта величина имеет порядок α – константы электромагнитного взаимодействия).

Поэтому из ядра всегда “выбиваются” целиком протоны и нейтроны, или целые группы этих частиц. Кварки же не могут быть получены в свободном состоянии “по определению”: как “порождение” сильного взаимодействия они “срослись” друг с другом посредством взаимно “наведенных” волн.

Другие барионы (частицы, состоящие из трех кварков), полученные искусственным путем на ускорителях, являются неустойчивыми и быстро распадаются. Внутри этих частиц между кварками также проявляется сильное взаимодействие, а значения магнитных моментов свидетельствуют о том, что они “устроены” на тех же принципах, что и нуклоны [3].

Вращающиеся электромагнитные солитоны, как “строительный материал”, естественным образом определяют свойства вещества. Главным из этих свойств выступает резонансная волновая природа частиц вещества, которая проявляется и в резонансной основе ряда масс элементарных частиц, и в резонансах электронных оболочек атомов и молекул [11-14].

Все характеристики элементарных частиц являются результатом взаимной “настройки” и установления равновесия. Частицы как электромагнитные колебательные системы с внешними полями взаимодействуют (подчиняясь “принципу взаимности”) на разных частотах, которыми буквально заполнен микромир. Например, электроны взаимодействуют с нуклонами на разностной частоте двух разновидностей кварков, входящих в состав нуклонов (т. н. слабое взаимодействие). Что же касается искусственно получаемых частиц, то они взаимодействуют на кратных и соизмеримых частотах с наиболее мощной частотой микромира, создаваемой нуклонами - 1,60∙10²³ Гц (332 МэВ) [6].

При всем разнообразии частиц, получаемых на ускорителях или “генерируемых” мощными космическими лучами, в своей основе все они содержат вращающиеся электромагнитные солитоны двух типов: либо “похожие” на электрон, либо на его античастицу – позитрон.

Составные сложные частицы могут содержать кварки, существенно отличающиеся друг от друга по массе (частоте), что проявляется в некоторых особенностях процессов образования таких частиц и реакций распада. Эти особые свойства частиц (кварков) нашли свое отражение в удивительных для физики названиях: “странность”, “очарование” и т.д. [10].

И еще одно замечание.

Формула (1) для величины радиуса электрона находит непосредственное подтверждение в электромагнитной природе взаимодействий, присущих электронам. Эти взаимодействия характеризуются константой постоянной тонкой структуры и определяются энергией внешних полей частицы. Если бы радиус имел другую величину, то отношение энергии внешнего поля электрона к его полной энерги