Legenda neutrino i upadek fizyki cząstek

Mathias Huefner

Od dziesięcioleci akademickich astrofizyków i fizyków cząstek elementarnych nurtują trzy ważne pytania:

  • Dlaczego gwiazdowy super olbrzym nagle eksploduje oślepiającym blaskiem jaśniejszym niż 100 miliardów gwiazd po tym, jak świeciła stabilnie przez miliony lat?
  • Które egzotyczne obiekty w kosmosie wystrzeliwują cząstki o największej energii we wszechświecie?
  • Dlaczego wszechświat w ogóle zawiera materię?

Istnieje pomysł, że neutrina mogą być kluczem do rozwiązania trzech głównych zagadek astrofizyki. Astrofizycy głównego nurtu uważają, że wszechświat jest zalany tymi dziwnymi, prawie bezmasowymi cząstkami subatomowymi. Mówi się, że biliony tych widmowych cząstek, które podobno powstały w ogromnej liczbie natychmiast po Wielkim Wybuchu i są stale uwalniane w gwiazdach i innych miejscach poprzez rozpad radioaktywny i inne reakcje, przenikają gwiazdy i planety, w tym naszą, ponieważ praktycznie nie wchodzą w interakcje z naładowanymi cząstkami elementarnymi. Częstotliwość zderzeń tych pozbawionych ładunku i masy cząstek-duchów wynosi około 1 do 2 bilionów, ponieważ nie oddziałują one z polami elektromagnetycznymi. Niemniej jednak uważa się, że neutrina odgrywają kluczową rolę zarówno w funkcjonowaniu wszechświata, jak i w odkrywaniu niektórych z jego największych tajemnic. Neutrina znajdują się w centrum kosmicznych legend, które astrofizycy snują od dziesięcioleci i nieustannie prezentują opinii publicznej nowe cuda, które są chętnie przyjmowane i honorowane Nagrodami Nobla, mimo że legendy te nie przynoszą korzyści ludzkości.

Fakty

Na początku XX wieku elektryczność była tak rozwinięta, że zidentyfikowano jej najmniejsze elementy składowe, elektron i proton. Po tym, jak Lord Kelvin zidentyfikował ujemny ładunek elektronu, zaproponował model atomu składający się z dodatnich i ujemnych ładunków ułożonych kuliście. Następnie Ernest Rutherford w 1911 roku, wykorzystując eksperymenty rozpraszania promieni alfa na złotej folii, wykazał, że atom musi składać się z ujemnej powłoki i dodatniego jądra. Nie tylko atom jest uważany za kulisty, ale jego elementy przenoszące ładunek są również uważane za kuliste.

Walter Ritz, uczeń Antoona Lorentza, domyślił się, że cząstki elementarne mają moment pędu zgodnie z równaniami Maxwella. W 1911 roku nieznany rumuński fizyk Ștefan Procopiu, uczeń Nielsa Bohra, jako pierwszy znalazł dokładną wartość momentu magnetycznego dla elektronu1Ștefan Procopiu – Determining the Molecular Magnetic Moment by M. Planck’s Quantum Theory. In: Bulletin scientifique de l’Académie roumaine de sciences . Tom 1, 1913, s. 151., wykorzystując do obliczeń stałą Plancka dla elektronu. Moment ten stał się później znany jako magneton Bohra. Związek między ferromagnetyzmem a momentem pędu elektronów został wykazany w 1915 roku przez Alberta Einsteina i Wandera Johannesa de Haasa.2A. Einstein, WJ de Haas – Experimental proof of Ampere molecular currents, German Physical Society, Negotiations 17, s. 152–170 (1915) https://archive.org/stream/handlungen00goog#page/n167/mode/2up Niestety, istniała różnica ½ między obliczeniami Procopiu i eksperymentem Einsteina-de-Haasa, w ponieważ obliczenia Procopiu opierały się na całym obrocie, a eksperyment był zorientowany na pół obrotu. Po wykonaniu wielu pomiarów potwierdzono, że informacje dostarczone przez Procopiu były dokładne i spójne. Nie miało to jednak żadnego korygującego wpływu na dalszy rozwój fizyki cząstek elementarnych.3Emil Beck – On the experimental proof of Ampere molecular currents – In Annals of Physics Wol. 60, 1919, s. 109–1484Peter Galison – Theoretical predisposition in experimental physics: Einstein and the gyromagnetic experiments 1915 – 1925. In Historical Studies in the Physical Sciences. Vol. 12, Nr. 2, 1982, s. 285-323

Osiem lat później, w 1919 roku, udało się to Rutherfordowi. Zidentyfikował on jądro atomu wodoru jako najmniejszą ilość ładunku dodatniego. Już w 1815 r. Brytyjczyk William Prout uważał, że wszystkie atomy składają się z atomów wodoru, opierając się na uproszczonej interpretacji wczesnych wartości mas atomowych. Na cześć Prouta nazwał on jądro wodoru protem (pierwszym). Rutherford stwierdził, że elektrony w powłoce atomu mają bardzo niską gęstość. Powłoka atomu jest jednak szersza niż gęste dodatnie jądro, ale Rutherford nie potrafił wyjaśnić, dlaczego elektrony nie wpadają do jądra i jak powstają dyskretne linie widmowe.

Rzeczywiście, nikt nie potrafił wyjaśnić, dlaczego Księżyc nie spada na Ziemię. Albert Einstein próbował wyjaśnić to „zakrzywieniem” przestrzeni, ale zakrzywione są tylko powierzchnie. Kryzys w fizyce i matematyce doprowadził do wiary w cuda.

Na początku XX wieku fizycy stanęli przed intelektualnym problemem przejścia od podejścia ciągłego do dyskretnego. Nie było to możliwe w zwykłych mechanicznych strukturach myślowych. Kwestia skalowania nie odgrywała jeszcze roli w fizyce. Doprowadziło to do zerwania z elektrodynamiką.

Pojawienie się mechaniki kwantowej było pierwszą próbą przezwyciężenia tego kryzysu intelektualnego, ale doprowadziło do porzucenia przyczynowości. W 1930 roku Wolfgang Pauli zaobserwował emisję elektronów z atomów i, pod wpływem idei mechaniki kwantowej, był zdumiony ich ciągłym widmem energii. Okazało się to problemem. Ze względu na błędne założenie, że pomiędzy momentem mechanicznym i magnetycznym istnieje współczynnik ½, utrwaliła się opinia, że każda cząstka elementarna ma „spin jądrowy” o wartości nazywanej „1/2 jednostki”.

Mechanika kwantowa powinna być tym zaskoczona. Moment obrotowy jest wielkością wektorową. Ma wiele orientacji w przestrzeni, a nie prostą liczbę. Nikt więc nie potrafił jednoznacznie wyjaśnić spinu. Został on jednak przyjęty jako warunek wstępny przez Paula Diraca w jego równaniu, które, w przeciwieństwie do funkcji falowej Schrodingera, uwzględnia wymagania Szczególnej Teorii Względności. W 1926 roku, kiedy Einstein próbował zrozumieć artykuł 24-letniego wówczas brytyjskiego fizyka, który był mu nieznany, napisał w liście niemal rozpaczliwie:

Mam problemy z Dirakiem. To balansowanie na zawrotnej ścieżce między geniuszem a szaleństwem jest okropne.

Pauli podejrzewał jednak, że w jądrze atomowym znajduje się neutralna cząstka, którą nazwał neutronem. Gdyby w rozpadzie beta brały udział trzy cząstki, elektron mógłby absorbować dowolny pęd od zera do maksymalnej dopuszczalnej wartości, a druga lekka „niewidzialna” cząstka równoważyłaby go. Pomysł ten nie został początkowo dobrze przyjęty.

Kiedy w 1932 roku Jamesowi Chadwickowi udało się eksperymentalnie udowodnić istnienie nowej cząstki przepuszczalnej dla ołowiu, bombardując atomy berylu promieniami alfa z polonu, odkrytą cząstkę nazwano neutronem. Okazała się ona niestabilna i rozpadła się na proton i elektron z okresem połowicznego rozpadu wynoszącym 14,6 minuty. Elektron powinien mieć spin ½. Wydawało się to jednak sprzeczne z prawem zachowania pędu.

W 1933 roku Enrico Fermi opracował teorię rozpadu beta, która obejmowała wirtualną cząstkę, która według jego założeń była zarówno bezmasowa, jak i pozbawiona ładunku i powinna mieć jedynie spin ½. Nazwał ją Małym Neutronem (po włosku neutrino).

Neutron → proton + electron + (anty-)neutrino

Następnie wyjaśnił, że spin jądrowy jest zachowany:

1/2 → 1/2 + 1/2 + -1/2

Rodzaj oddziaływania, które doprowadziło do rozpadu beta, został później nazwany oddziaływaniem słabym, a związane z nim siły nazwano słabymi siłami jądrowymi. Było to przeciwieństwem silnych sił jądrowych, które miały utrzymywać wiele protonów razem w obecności mniej więcej takiej samej liczby neutronów w jądrze.

Stożek promieniowania Czerenkowa
Stożek promieniowania Czerenkowa

W 1953 roku Clyde Cowan i Fred Reines po raz pierwszy postanowili zaobserwować oddziaływania neutrin. Ustawili oni dwa zbiorniki z rozcieńczonym chlorkiem kadmu (CdCl2 ) w wodzie, które zostały umieszczone pomiędzy trzema zbiornikami wyposażonymi w ciekłe scyntylatory, a jednocześnie osłonięte przed promieniowaniem kosmicznym grubymi ścianami ziemi. Przy użyciu tej metody zaobserwowano błyski promieniowania Czerenkowa. Promieniowanie Czerenkowa powstaje w wyniku szybkiego ruchu naładowanych cząstek (np. elektronów, czyli promieniowania beta) w ośrodku, który nie przewodzi prądu elektrycznego lub przewodzi go w niewielkim stopniu. Podczas pracy w Instytucie Radioaktywności w Lipsku mierzyłem promieniowanie beta za pomocą detektorów scyntylacyjnych.

Wiadomo, że neutrino nie ma ładunku elektrycznego.

Ale TYLKO naładowane cząstki mogą wytwarzać promieniowanie Czerenkowa.

[Kom. tłum.: Może ktoś z czytelników mnie oświeci, albo autor popełnił podstawowy błąd, bo trudno mi uwierzyć, że ma rację i cała nauka nie zauważa tak prostego i podstawowego błędu. Oczywiste jest dla mnie, że to nie neutrino generuje prom. Czerenkowa, tylko elektron wybity z atomu przez to neutrino.]

To logicznie wyklucza wykrywanie neutrin. Ziemskie skały mają naturalną radioaktywność. Rozpad beta można zaobserwować wszędzie, nawet w najgłębszych tunelach kopalnianych. W 1995 roku Reines otrzymał Nagrodę Nobla za wątpliwe wykrycie neutrin (Cowan zmarł do tego czasu). Neutrina muszą być teraz wykorzystywane do wszystkich niewytłumaczalnych zjawisk w kosmosie, czy to Słońca, czarnych dziur, czy innych mrocznych tajemnic.

[Kom. tłumacza: Ponownie, trudno mi uwierzyć, że ludzkość nie zauważyła tego przez dekady. Skały może i promieniują, ale detektory neutrin są chyba przed tym zabezpieczone? Promieniowanie beta ma małą przenikliwość, łatwo taki detektor osłonić.]

Błędna luka między magnetycznym i mechanicznym momentem obrotowym atomu i elektronu, zwana spinem, była nie tylko powodem wynalezienia neutrina, ale także wynalezienia całego zoo wirtualnych cząstek elementarnych, które zostały sklasyfikowane zgodnie z rozmiarem tej luki. Jednak żadna z tych „cząstek” nie mogła mieć czasu życia dłuższego niż mikrosekundy. Głównym wynikiem akceleratora cząstek w CERN było to, że istniały tylko dwie stabilne cząstki elementarne. Są to proton z ładunkiem dodatnim i elektron z ładunkiem ujemnym.

Model Standardowy cząstek elementarnych jest takim samym mirażem jak Model Standardowy kosmologii. Ma on opisywać sytuację w momencie Wielkiego Wybuchu. Problem logiczny obu modeli polega na tym, że w stanie eksplozji zmiana entropii osiąga maksimum, co zaprzecza zarówno aktowi stworzenia, jak i ewolucji. Oba wymagają ujemnej zmiany entropii. Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ujemna entropia nie jest możliwa w rozszerzającym się systemie zamkniętym. Ujemna zmiana entropii wymaga otwartego systemu, który umożliwia usuwanie odpadów.

Wnioski

W przeciwieństwie do fizyków z XIX wieku, którzy chcieli prześledzić cały ruch z powrotem do mechaniki, wiemy teraz, że istnieje tylko jedna siła mierzona w Newtonie, która ma zastosowanie do wszystkich ruchów fizycznych, niezależnie od tego, czy są to elektrodynamika, termodynamika czy mechanika. Ponieważ masy są nośnikami ładunków elektrycznych, musimy powrócić do rozważań Maxwella na temat elektrodynamiki. Teraz jednak spojrzymy na układ równań z perspektywy układu otwartego, który ma wejście ze źródłem siły, reprezentuje kanał transmisyjny i ma wyjście, w którym gęstsza faza rozwija energię w wyniku ujemnego przyspieszenia (rysunek 1).

Pomysł Maxwella opiera się na ruchu wirowym ładunków elektrycznych i prostopadłych do nich wirów magnetycznych. Jeśli osie wirów są zamknięte w pierścieniu, masy poruszają się bez użycia siły, dlatego ani elektron, ani księżyc się nie rozbijają. Hermann v. Helmholtz badał ciecze i zdał sobie sprawę, że końce osi wirów są zawsze zamknięte w pierścieniu, jeśli nie napotykają granicy faz. Jeśli napotkają gęstszą fazę, jak zauważył Max Planck, wywiera ona energetyczny wpływ na warstwę graniczną. Heinrich Hertz zauważył, że jeśli otworzysz granicę na mniej gęsty ośrodek, impulsy wibracyjne rozprzestrzenią się dalej w cieńszym ośrodku jak tsunami. Większość fizyków wydaje się mieć problem z myśleniem o mechanice i elektrodynamice w jeden sposób.

Naszym celem jest stworzenie podstawowego modelu atomu wykorzystującego idee wirów Maxwella i Helmholtza. Edo Kaal opracował strukturalny model atomu oparty na siłach elektrostatycznych, który po raz pierwszy zaprezentował na EU 2017 w Phoenix. Myślałem o jego pomyśle od kilku lat. Wciąż jednak wolę wewnętrzne siły magnetyczne w jądrze atomowym, które można przypisać momentom magnetycznym cząstek elementarnych. Siły te zostały udowodnione, choć nie jako mechaniczny spin kwantowy. Co więcej, widzę siebie w historycznej tradycji elektrodynamiki.

Równania Maxwella dla otwartego systemu
Rys. 1. Równania Maxwella dla otwartego systemu

Pierwsze próby stworzenia wirowego modelu atomu sięgają czasów Williama Thomsona, późniejszego Lorda Kelvina. Musiał on jednak ponieść porażkę ze swoim modelem mechanicznym bez wpływu sił elektromagnetycznych.

Nigdy nie będę usatysfakcjonowany, dopóki nie stworzę mechanicznego modelu czegoś. Jeśli mogę stworzyć model mechaniczny, mogę go zrozumieć. Dopóki nie stworzę w pełni mechanicznego modelu, nie będę w stanie tego zrozumieć.

– Lord Kelvin

Układ równań Maxwella musi mieć uniwersalne zastosowanie w całym spektrum elektromagnetycznym. Niemniej jednak istnieją różne wyjaśnienia powstawania fal elektromagnetycznych. Jedna rzecz jest oczywista dla fizyków, pierwsza możliwość to „skoki energii” atomu, a druga to alternatywne procesy hamowania atomów, cząsteczek lub naładowanych cząstek. Jeśli ładunki elektryczne oscylują w antenie, tworzą fale elektromagnetyczne, według inżynierów łączności. (Rysunek 2) Dlaczego fale elektromagnetyczne miałyby być generowane w różnych trybach i gdzie znajduje się przejście między trybami? To tylko kwestia skalowania. W rezultacie naszkicowałem odrębny model atomowy, który rozwiązuje tę rozbieżność. Podczas gdy model powłokowy Bohra dla powłoki elektronowej odniósł sukces, żaden wcześniejszy model jądra atomowego nie był w stanie zapewnić zadowalającego wyjaśnienia dla trzech rodzajów promieni – α, β i γ.

Widmo elektromagetyczne.
Rys. 2. Widmo elektromagetyczne.

O kształcie cząstek elementarnych

Przez cząstkę elementarną rozumiem stabilną jednostkę, której czas życia nie jest ograniczony, która ma porównywalną masę i ładunek elektryczny. Pomimo wszelkich prób rozszczepienia, cząstka elementarna powraca do swojego pierwotnego kształtu w ciągu mikrosekund. Ujemny elektron i dodatni proton, który jest 1836 razy cięższy, spełniają tylko to kryterium. Oznacza to, że nasz świat jest dwubiegunowy.

Obserwując obrazy cząstek elementarnych z głównego nurtu fizyki cząstek elementarnych, można zauważyć, że są one zawsze przedstawiane jako obiekty kuliste. Tylko teoria strun odeszła od tego pomysłu, ale zagubiła się w wielowymiarowych przestrzeniach bez żadnego fizycznego stwierdzenia: „Nie mogę zgodzić się z kulistym kształtem”.

Jak zatem elektrony mogą łączyć się w prądy? Ponieważ mają tę samą polaryzację ładunku, musiałyby się rozdzielić we wszystkich kierunkach.

Przyjrzyjmy się obracającemu się ładunkowi. Masa obracającej się kuli jest wypychana na zewnątrz przez siłę odśrodkową, ale moment magnetyczny poruszającego się ładunku działa prostopadle do niej. Moment ten rośnie wraz z prędkością obrotową i ogranicza masę [do obszaru] wokół osi obrotu. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej elipsoida rotacji przekształca się w pierścień wirowy, toroid. Z superpozycji dwóch wzajemnie prostopadłych pól sił, ładunki elementarne mogą poruszać się spiralnie w pierścieniu torusa, jak pokazano na rysunku 3. Patrząc na obraz z góry, można zobaczyć falę de Broglie’a. Można również pomyśleć o funkcji falowej Schrodingera. Jednak oscylacja w jednej płaszczyźnie wymaga odwrócenia kierunku, co zawsze wymaga dodatkowego wysiłku. W przeciwieństwie do tego, ruch śrubowy jest wolny od siły, ponieważ prędkość pozostaje stała, jak uczy nas orbita Księżyca, która obraca się wokół wirowej nici orbity Ziemi.

W związku z tym cząstki elementarne muszą mieć strukturę toroidalną. Dopóki ładunek krąży w toroidzie, nie uwalnia ani nie pochłania energii. Jeśli toroid zostanie przerwany w jednym punkcie, powstaje otwarty obwód oscylacyjny, ponieważ ładunek nie może już obracać się bez użycia siły. W toroidzie wirujące pole H zmusza ładunek do ruchu śrubowego wokół osi wierzchołka, tworząc indukcyjność. Otwarte końce osi wiru tworzą pojemność dipola i emitowany jest błysk światła o stałej długości fali. Dałoby to jasną odpowiedź na drugie pytanie, na które Rutherford nie potrafił odpowiedzieć.

Analogia jądra deuteru do transformatora.
Rys. 3. Analogia jądra deuteru do transformatora.

Jeśli neutron nie ma stabilnej egzystencji poza jądrem atomowym, dlaczego miałby istnieć w jądrze atomowym jako niezależna cząstka? Ponieważ neutron składa się z protonu połączonego z elektronem, można sobie wyobrazić, że elektron przenika również sąsiedni proton i tworzy elementarny magnes jako elektron rdzeniowy (rysunek 3). Tworzy to podstawowy budulec dla wszystkich stabilnych atomów, które mają taką samą liczbę protonów i neutronów. Wyjątkiem jest beryl 8, który natychmiast rozpada się na dwie cząstki alfa. Okazuje się, że czworościan zbudowany z czterech elementarnych magnesów nie jest stabilny. Szczegółowo opisałem strukturę jądrową w mojej książce Dynamic Structures in an Open Cosmos5M. Hüfner – Dynamic Structures in an Open Cosmos; Books on Demand 2021; ISBN-13: 9783755713753 https://buchshop.bod.de/dynamic-structures-in-an-open-cosmos-mathias-huefner-9783755713753 https://www.amazon.com/Dynamic-Structures-Open-Cosmos-Stigmergy/dp/3755713756?source=ps-sl-shoppingads-lpcontext&ref_=fplfs&psc=1&smid=ATVPDKIKX0DER. Elektron rdzenia przechodzi przez dwa protony jak uzwojenie transformatora. Ze względu na to, że jądro atomowe jest o trzy rzędy wielkości mniejsze, gdy otwiera się wir elektronu rdzeniowego, emitowany jest kwant gamma.

To nie tylko zamknęłoby lukę między momentem mechanicznym a magnetycznym i sprawiłoby, że złowieszczy spin stałby się niepotrzebny. Oznacza to, że neutrino nie ma już prawa istnieć, a tajemnice kosmosu, które przekazuje nam promieniowanie elektromagnetyczne, są tymi samymi, które emitują ziemskie źródła bez żadnej boskiej transcendencji. Musimy po prostu pójść i przeczytać ich informacje, zamiast dokonywać matematycznych spekulacji niepopartych rzeczywistością.

    Przypisy

    Mathias Huefner - zdjęcie portretowe

    Dr Mathias Hüfner jest niemieckim tłumaczem-wolontariuszem projektu Thunderbolts. W latach 1964-1970 studiował fizykę w Lipsku, specjalizując się w technologii pomiarów analitycznych izotopów promieniotwórczych. Następnie pracował w Carl Zeiss Jena do 1978 roku nad rozwojem analizy spektralnej mikroskopów laserowych. Był tam odpowiedzialny za rozwój oprogramowania do oceny danych spektralnych. Później zrobił doktorat na Uniwersytecie Friedricha Schillera w dziedzinie inżynierii i pracował tam przez 15 lat jako asystent naukowy. Kilka lat po zmianach w Niemczech Wschodnich pracował jako niezależny nauczyciel informatyki przez ostatnie kilka lat przed przejściem na emeryturę.

    Od 2015 roku Mathias prowadzi niemiecką stronę o The Thunderbolts Project http://mugglebibliothek.de/EU/ a jego ostatnia książka nosi tytuł Dynamic Structures in an Open Cosmos.

    Idee wyrażane w Thunderblogach niekoniecznie odzwierciedlają pogląd T-Bolts Group Inc. lub The Thunderbolts Project.

    Przetłumaczono z: The Neutrino Legend and the Collapse of Particle Physics

    Dodaj komentarz

    Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *