Этот «цифровой» физический мир

4.10. Нейтрон: структурная связь на приросте масс.

Проблема массы нейтрона – это вопиющая проблема в физике. Распад нейтрона свидетельствует о том, что строение нейтрона обеспечивается не с помощью дефекта масс. Действительно, продуктами распада нейтрона являются протон и электрон (и, как полагают, ещё антинейтрино, масса которого пренебрежимо мала). Масса же свободного нейтрона, как полагают, больше массы свободного протона на 2.5 массы электрона [М3]. Выходит, что масса нейтрона на полторы массы электрона больше суммы масс стабильных продуктов своего распада. Тогда, по традиционной логике, нейтрон должен быть весьма нестабильным объектом. Свободный нейтрон обязан распадаться за время, сравнимое с характерными ядерными временами – т.е., по практическим меркам, мгновенно. Между тем, измерения среднего времени жизни нейтронов, вылетающих из ядерных реакторов, дают величину около 17 мин (см., например, [М3,К7]).

Напротив, в модели нейтрона, следующей из логики «цифрового» мира, подобных противоречий нет. Мы постараемся показать, что нейтрон может иметь массу, которая больше суммы масс протона и электрона не на 1.5, а на 0.5 массы электрона, а также опишем работу алгоритма, который связывает компоненты в нейтроне таким образом, что результатом является прирост массы, равный как раз половине массы электрона.

Неточность знания массы нейтрона может быть обусловлена тем, что масса нейтральной частицы не может быть определена с помощью масс-спектрометров, т.е. через измерение отношения заряда к массе, и поэтому все определения массы нейтрона были косвенными.

Открыватель нейтрона Чедвик устранил проблемы с законами сохранения энергии-импульса для случая проникающего излучения, возникающего при бомбардировке бериллия α-частицами – допустив, что это излучение является не высокоэнергичными гамма-квантами, как полагали ранее, а потоком нейтральных частиц с массами, близкими к массе протона (см., например, [С1]). Полученное при этом значение массы нейтрона, 1.15, значительно превышало массу протона, 1.00768, при массе электрона 0.00055 (мы приводим значения в атомных единицах массы по кислородной шкале, использовавшейся до 1961 г.).

Более точные вычисления массы нейтрона выполнялись через энергетические балансы ядерных реакций. Так, Чедвик проанализировал реакцию испускания нейтронов бором при его бомбардировке α-частицами:

B¹¹ + He⁴ -> N¹⁴ + n¹.

При этом в энергетический баланс были включены массы всех четырёх участников, а также кинетические энергии α-частицы, атома азота и нейтрона – результирующая масса нейтрона составила 1.0067 [С1], что меньше (!) массы протона. Ещё меньшее значение, 1.0063, получили авторы [Л4], на основе анализа реакции распада на α-частицы ядер лития при бомбардировке их дейтронами:

Li⁷ + H² -> 2He⁴ + n¹ .

Максимальное же значение массы нейтрона, полученное через энергетические балансы, составило, судя по сводке результатов в [С1], 1.0090, причём доверительные интервалы у минимального и максимального значений далеко не перекрывались. Это было обусловлено, на наш взгляд, двумя методологическими ошибками. Во-первых, в энергетический баланс включались как массы частиц, так и их кинетические энергии. На наш взгляд, такой подход некорректен, поскольку кинетическая энергия не является «довеском» к массе: согласно принципу автономных превращений энергии (4.4), наличие у частицы кинетической энергии означает, что её масса уменьшена на эквивалентную величину. Учёт кинетической энергии прибавлением её к массе частицы являлся, на наш взгляд, одной из главных причин систематических расхождений между значениями масс изотопов, полученными в масс-спектроскопии и через балансы энергии ядерных превращений [Б5]. Во-вторых, не принималось в расчёт, что промежуточное или конечное ядро могло при своём формировании оказаться в возбуждённом состоянии и, соответственно, излучить γ-квант – тогда энергетический баланс был бы неполным, поскольку использовавшиеся значения масс элементов были получены для основных состояний их ядер.

Оба этих источника ошибок отсутствуют в способе нахождения массы нейтрона через измерение энергии связи дейтрона – при известных массах атома водорода и дейтерия (1.0078 и 2.0136 соответственно [Ч2]). Об энергии связи здесь можно судить, зная энергию гамма-кванта, вызывающего фотораспад дейтрона. Но и при такой методике имел место разброс результатов у разных групп авторов [Ч2,И1,С1].