№7 [88]
00`00``01.07.2010 [Σ=7]
ЖУРНАЛ, ПОСВЯЩЕННЫЙ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКЕ - «ОРГАНИЗМИКА»
Organizmica.org/.com/.net/.ru
НОВАЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА ОРГАНИЗМИКА

Физика

Разделы Организмики

Прогностические возможности Периодической системы элементарных частиц

(на примере прогнозирования результатов экспериментов на Большом адронном коллайдере)

В.В. Дикусар, доктор физико-математических наук, Институт системного анализа РАН,
А.А. Тюняев, президент Академии фундаментальных наук, 24.06.2010 г.

Фундаментальное положение физики элементарных частиц, известное как «аннигиляция и рождение пар», непосредственно приводит к возможности моделирования процессов [1] этой сферы, основанных на троичной логике (–1; 0; +1) [2]: каждый условный «0» способен породить такую пару, в которой будет присутствовать условная «единица» и компенсирующая её условная «минус единица». Справедливо и обратное превращение.

Отсюда следует, что элементарные частицы как минимальные объекты микромира должны подчиняться троичной логике – при этом необходимо определить перечень физических параметров, которые являются базовыми для этого вида материи.

Согласно определению, непосредственно к элементарным частицам относятся частицы, не имеющие внутренней структуры, – это частицы класса лептонов и фотон. Это определение и ограничивает область нашего моделирования. Анализируя параметры этого класса частиц, несложно придти к выводу, что базовыми для них являются всего три физические величины: 1) спин, 2) масса, 3) электрический заряд [2, 3]. Другие величины являются производными указанных трёх.

Оценивая известные данные об открытых элементарных частицах, обнаруживаем, что их спин может дискретно принимать значения от –½, через 0 до +½. Элементарный электрический заряд, по модулю равный заряду электрона ee, может дискретно принимать значения от –1, через 0 до +1. При такой общей тенденции логично предположить, что и элементарная масса, равная массе электрона me, может дискретно принимать значения от –1, через 0 до +1.

Таким образом, в выстраиваемой модели присутствие или отсутствие у элементарной частицы того или иного параметра можно обозначить через 1 и 0 соответственно, а знаком «+» или «–» отразить «полярность» конкретного параметра.


Рис. 1. Трёхмерная сферическая модель.

В итоге наша модель принимает вид трёхмерной физической сферы единичного радиуса, осями которой являются: 1) ось «OJ» – ось момента количества движения (спина); 2) ось «Om» – ось массы; 3) ось «Oe» – ось электрического заряда. Эта модель может быть выполнена и в виде единичного куба, в котором назначение осей то же самое. На кубической модели проще воспринимаются элементарные частицы, а на сферической – некоторые частные случаи моделирования [4].

Этот физический куб (или шар, см. рис. 1) имеет шесть точек пересечения с тремя осями и к ним седьмую точку – начало координат. Поскольку оси являются векторными представлениями реальных физических величин, то каждую такую точку можно записать в виде трёхкластерной однострочной матрицы (m;J;e), или для элементарной частицы справедлива такая запись – ЭЧ±(m;J;e), и, например, для электрона – e(1;1;–1). Проставленная в кластере «1» обозначает положительное значение конкретного параметра, «–1» – отрицательное, а «0» – нулевое.

Шесть точек пересечения с осями дают нам шесть квантов [2, 5]: η(0;0;–1) – отрицательный электрический заряд; η+(0;0;1) – положительный электрический заряд; γ(0;–1;0) – антифотон; γ+(0;1;0) – фотон; φ(–1;0;0) – антигравитон; φ+(1;0;0) – гравитон. Четыре из шести квантов науке известны, что составляет 67%.

Центральная точка модели – центр пересечения осей – имеет все три параметра равные нулю – ρ0(0;0;0). Этот квант называется «резон» от латинского «начало» [2]. Равенство нулю одного или двух параметров – распространённый случай, а равенство всех трёх – единственный и имеющий право быть. Свойства резона – кванта пространства – исследованы в работе [6].

Уже эти данные позволили нам перейти к построению периодической системы из известных и гипотетических элементарных частиц, основанной на обнаруженной нами троичной логике, управляющей включениями физических величин m, J, e. В результате исследований была создана и опубликована Периодическая система элементарных частиц [2], в которой содержится всего 27 элементарных частиц, расположенных в четырёх периодах (см. рис. 2).


Рис. 2. Периодическая система элементарных частиц [2].

Резон – единственный – расположен в нулевом периоде. Первый период составляют перечисленные выше кванты зарядов. Второй период составляют кванты полей. Третий период – кванты токов.

У каждой элементарной частицы второго периода в её структуре присутствует по два единичных параметра, а не по одному, как у элементарных частиц первого периода. Второй период, таким образом, состоит из двенадцати элементарных частиц: ν+(1;1;0) – нейтрино; ν(–1;1;0) – антинейтрино; χ+(1;0;1) – конденсон; χ(1;0;–1) – антиконденсон; δ+(0;1;1) – S-магнитон; δ(0;1;–1) – U-магнитон; а также античастицы по второму единичному параметру – bν+(–1;1;0) – чёрное нейтрино; bν(–1;–1;0) – чёрное антинейтрино; bχ+(–1;0;1) – чёрный конденсон; bχ(–1;0;–1) – чёрный антиконденсон; bδ+(0; –1;1) – чёрный S-магнитон; bδ(0;–1;–1) – чёрный U-магнитон. Одна часть этих элементарных частиц известна науке, другую часть – ещё только предстоит открыть.

Каждая четвёрка этих квантов описывает соответствующее ей поле. Четвёрка нейтрино – грави-кинетическое (гравитационное); четвёрка конденсонов – грави-электрическое (электростатическое); четвёрка магнитонов – электрокинетическое (магнитное). Свойства этих квантов и представляемых ими полей полностью соответствуют известным в физике и подробно описаны в работе [5].

Третий период содержит восемь элементарных частиц одного семейства – семейства электронов. Прежде всего, это e+(1;1;1) – позитрон и e(1;1;–1) – электрон. Остальные шесть – варианты (ещё не известные науке). Третий период – последний. И он является поставщиком материала для последующего организмического уровня [1, 3] – Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Следует особенно отметить, что все элементарные частицы Периодической системы являются стабильными.

В качестве иллюстрации работы модели рассмотрим следующий случай. Согласно модели, квант электромагнитного поля δ получается тогда, когда кванту заряда (e+) сообщается квант движения (J = ½). Или в другой записи: заряд η+(0;0;1) при его движении γ+(0;1;0) создаёт квант электромагнитной волны (S-магнитон) δ+(0;1;1):

Заряд + фотонквант электромагнитного поля 
η+(0;0;1) + γ+(0;1;0)δ+(0;1;1),(1)
η(0;0;–1) + γ+(0;1;0)δ(0;1;–1),(2)

Квант электромагнитного поля по совокупности входящих в него параметром можно назвать «заряженным фотоном» или «движущимся зарядом». Пара отрицательного заряда и фотона создаёт отрицательную часть полуволны электромагнитного поля (2). Отсюда становится ясно волновые проявления «заряженного фотона» δ+.

Построенный в Европе Большой адронный коллайдер пока не сумел решить, как заявляли некоторые учёные, главную проблему – обнаружение бозона Хигса. Столкновение пучков протонов не дало ожидаемого результата. Кроме того, в июле 2010 года физик Томмазо Дориго из Университета Падуи в своём блоге сообщил, что эту задачу решил ускоритель «Теватрон», расположенный в США, в Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми.

Питер Хиггс выдвинул гипотезу существования бозонов и бозонного поля. При движении частиц сквозь это поле, бозоны «прилипают» к некоторым из них, увеличивая их массу, а к другим, например, не имеющим массы фотонам, – нет.

По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. «Зачем же нужны хиггсовские бозоны? Грубо говоря, чтобы: а) построить перенормируемые модели слабых взаимодействий и б) объяснить неуниверсальность масс частиц» [7]. Под неуниверсальностью масс частиц авторы подразумевают различия в массах всех частиц, которые сегодня известны науке.

Но, согласно определению, элементарными частицами являются только те, которые не имеют внутренней структуры. В этом случае элементарной частицей является, допустим, электрон с единичной массой, а протон элементарной частицей не является. Протон – составная частица. Таким же образом происходит разграничение по электрическому заряду и спину – если любой из них больше 1 (спин больше ½), то мы имеем составную частицу. К таким частицам относятся и бозоны, имеющие массы, значительно превосходящие массы гравитонов [8].

Таким образом, кроме 27 элементарных частиц Периодической системы элементарных частиц [2], все остальные частицы – составные. Задача поиска составных частиц в физике аналогична задаче обнаружения новых соединений в химии: нужное дело, но не является основой мироздания. Не исключением из этого является и метод поиска – столкновение протонов.

Согласно модели [2], запись элементарной частицы имеет вид (1):

ЭЧ = K±±±K(me;J;e), (1)

где: ЭЧ – элементарная частица; me – кластер массы элементарной частицы, выраженный в массах электрона; J – кластер спина элементарной частицы, выраженный в удвоенных единицах спина; e – кластер электрического заряда элементарной частицы, выраженный в единицах заряда электрона; K±±± – управляющая матрица, которая может принимать любые значения: K-1,-1,-1; K-1,-1,0; …; K0,0,0; … K+1,+1,+1; K – специальный алгоритм (в работе [2] он назван «корректура организма»).

Каждый кластер в подкорректурном выражении (me;J;e) в (1) может быть заполнен в соответствии с троичной логикой: либо «–1», либо «0», либо «+1». Запись любой составной частицы (без отражения особенностей её внутренней структуры) имеет вид (2):

ЭЧ±(n1me; n2J; n3e), (2)

где n1, n2, n3 – количества элементарных параметров, использованных в составной частице.

Запись протона в этой системе принимает вид (3):

p+(1836;1;1), (3)

где число 1836 обозначает массу протона в единицах масс электрона, или точнее то, что в протоне использовано 1836 гравитонов.

При столкновении в ускорителях пучков протонов их противоположность отражается в записи сменой знака во втором кластере (J) у одного из пучков симметрично – с плюса на минус, и запись самого процесса приобретает вид (4):

p+(1836;1;1) + bp+(1836;–1;1) (4)

Как видно из выражения (4), спин действительно может компенсироваться, то есть может получаться частица с нулевым спином (как у бозона Хаггса). В результате столкновения также будет накапливаться положительный заряд. Но самое главное – будет получаться большое количество свободных скалярных гравитонов (то есть большое количество массы).

На основании Периодической системы элементарных частиц возможно моделирование ядерных процессов, касающихся элементарных частиц (в пределах жёсткого соответствия последних определению). Создание такой модели позволяет с более глубоким пониманием подойти к проблеме изучения мира элементарных частиц. В частности, возможным оказывается прогнозирование обнаружения новых элементарных частиц, причём, с заранее известными физическими характеристиками (см. табл.).

ОбозначениеmJeНазваниеСтатус
Откр.Пргн.
0 период. Пространство
 ρ0000Резон (квант пространства) +
I период. Кванты заряда
2η+001Статический «+» электрический заряд+ 
3η00–1Статический «–» электрический заряд+ 
4φ+100Статический «+» гравитационный заряд+ 
5φ–100Статический «–» гравитационный заряд+ 
6γ+010Фотон (заряд «+» движения)+ 
7γ0–10Антифотон (заряд «–» движения)+ 
II Период. Кванты поля
8ν+110Нейтрино (квант «+» гравитационного поля)+ 
9ν1–10Антинейтрино (квант «–» гравитационного поля)+ 
10χ+101Конденсон (квант «+» электростатического поля)++
11χ10–1Антиконденсон (квант «–» электростатического поля) +
12δ+011u-магнитон (квант «+» магнитного поля)? 
13δ01–1s-магнитон (квант «–» магнитного поля)? 
14bδ+0–11Чёрный u-магнитон (кв. «+» чёрного магнитного поля) +
15bδ0–1–1Чёрный s-магнитон (кв. «–» чёрного магнитного поля) +
16bν+–110Чёрное нейтрино (кв. «+» чёрн. гравитационного поля) +
17bν–1–10Чёрное антинейтрино (кв. «–» чёрн. гравитационного п.) +
18bχ+–101Чёрный конденсон (кв. «+» чёрн. электростатического п.) +
19bχ–10–1Чёрный антиконденсон (кв. «–» чёрн. электростатич п.) +
III Период. Кванты тока
20е+111Позитрон («+» – носитель электрического тока)+ 
21е11–1Электрон («–» – носитель электрического тока)+ 
22bе+1–11Чёрный позитрон («+» – нос. чёрного электрического т.) +
23bе1–1–1Чёрный электрон («–» – нос. чёрного электрического т.) +
24vе+–111Виртуальный позитрон (нос. позитронного тока)  +
25vе–11–1Виртуальный электрон (нос. электронного тока)  +
26wе+–1–11Позитронный призрак (нос. призрач. эл-ч. т.)  +
27wе–1–1–1Электронный призрак (нос. призрач. Эл-ч. т.) +

Таблица 1. Таблица известных и прогнозируемых величин (по [2]).

В таблице 1 указаны элементарные частицы, которые известны науке и которые ещё нет. Последние помечены знаком «+» в последней колонке, которая называется «Пргн» (прогноз).

Как видно из таблицы 1, прогнозируемые элементарные частицы достаточно подробно описаны: указаны их массы, спины и электрические заряды, а из сопоставления с соседними элементарными частицами понятна и их физическая сущность. Это существенно облегчает поиски и придаёт экспериментам осмысленный и целенаправленный характер. Поэтому, если научные эксперименты на Адронном коллайдере будут алгоритмизированы соответствующим образом, то можно ожидать, что набор этих частиц и будет результатов экспериментов на этой установке.

Заключение

Моделирование физических процессов – известный и хорошо зарекомендовавший метод их изучения. Предлагаемая Периодическая система элементарных частиц выполнена на основе модели, соответствующей всем известным на сегодня физическим параметрам элементарных частиц. Как любая модель, Периодическая система не только упорядочила и систематизировала известные элементарные частицы. Она также позволяет делать прогноз относительно неизвестных пока ещё науке элементарных частиц. И те, и другие представлены в таблице, из анализа соотношения параметров всех элементарных частиц можно сделать полезные выводы. А также на основе выше приведённых данных можно открыть прогнозируемые элементарные частицы. Именно это и должны подтвердить эксперименты, проводимые с использованием Большого адронного коллайдера.

Литература:

  1. Дикусар В.В., Тюняев, А.А., Системный анализ и Организмика: от частного к общему // «Динамика неоднородных систем» / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.С. Попкова // Труды Института системного анализа РАН. 2008. № 32 (3). С. 317 – 331.
  2. Тюняев А.А., Периодическая система элементарных частиц // Организмика – фундаментальная основа всех наук. Том III: Физика / Под редакцией д. ф.-м. н., профессора, академика РАЕН О. А. Хачатуряна. – М.: Спутник+, 2009.
  3. Редкозубов С.А., Тюняев А.А., Организмическое управление и периодическая система элементарных частиц // «Естественные и технические науки». – 2009 г. – № 1 (39). С. 318 – 333.
  4. Дикусар В.В., Тюняев А.А., Появление дробностей в единичных моделях на примере возникновения дробных значений зарядов кварков // «Динамика неоднородных систем» / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.С. Попкова // Труды Института системного анализа РАН. 2010 (в печати).
  5. Дикусар В.В., Тюняев А.А., Кванты основных физических взаимодействий Периодической системы элементарных частиц // «Динамика неоднородных систем» / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.С. Попкова // Труды Института системного анализа РАН. 2010 (в печати).
  6. Дикусар В.В., Тюняев А.А., Резон – квант пространства: свойства, особенности, качества // «Динамика неоднородных систем» / Под ред. чл.-корр. РАН Ю.С. Попкова // Труды Института системного анализа РАН. 2010 (в печати).
  7. Вайнштейн А.И., Захаров В.И., Шифман М.А., Хиггсовские частицы «Успехи физических наук». 1980 г. Август. Т. 131, вып. 4.
  8. Горелик Г.Е., Матвей Бронштейн и квантовая гравитация. К 70-летию нерешенной проблемы, «Успехи физических наук», том 175, выпуск 6, 2005.

Ссылки по теме: