Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 56

Горение дейтерия в коричневых карликах, как уже отмечалось — может быть относительно непродолжительным (до ста миллионов лет), т. к. запасы дейтерия — ограничены (его содержание в звезде — такое же, как и в межзвёздной газовой или газо-пылевой туманности, т. е. не более порядка 10^–5 от ядер водорода [59]). В коричневых карликах с массой более 0,065 массы Солнца, и более массивных звёздах, после истощения запасов ядер дейтерия, наступает дальнейшее гравитационное сжатие звезды, которое приводит к значительно более высоким температурам в недрах (около 10⁷ K), достаточным для протекания реакций горения водорода [54]. Последние — становятся основным источником энергии практически для всех звёзд (в т. ч. Солнца), на протяжении подавляющей части их жизни.

Горение водорода, в звёздах с массой от 0,065 до около 1,5 масс Солнца [60] — начинается (преимущественно) с реакции, обусловленной слабыми, а не мезонными взаимодействиями. В связи с этим, далее может быть рассмотрена:

Реакция слабого взаимодействия между двумя протонами, приводящая к превращению одного из протонов в нейтрон — необходимая исходная реакция для горения водорода. Действительно, в звезде, как и в межзвёздной среде — практически нет нейтронов, т. к. нейтроны нестабильны (в среднем за 15 минут, распадаются в протоны). Для образования же ядер, т. е. в т. ч. скрепления протонов между собой — необходимы нейтроны, поэтому они должны вновь образоваться, в чём и заключается роль реакции слабого взаимодействия, превращающей протон в нейтрон, или два протона в ядро дейтерия, с вылетом W⁺ (= электрослабого) бозона.

Эта реакция, как и другие термоядерные реакции, требует высокой температуры, для преодоления взаимного отталкивания протонов, причём тут необходимы гораздо большие температуры, чем при горении дейтерия, т. к. кроме преодоления взаимного отталкивания, протоны должны вступить в слабое взаимодействие, с превращением протона в нейтрон, вероятность чего — крайне мала.

Попробуем представить реакцию слабого взаимодействия (ведущую к превращению протона в нейтрон), в наглядном виде: Первый этап этой реакции — см. на рис. 235-а. В реакции на рис., результатом является образование т. н. дипротона. Мезонное взаимодействие между протонами, тут — можно считать отсутствующим (т. к. нет нейтронов). Дипротон (как впрочем, и аналогичный ему, динейтрон), как известно, крайне нестабилен (и имеет отрицательную E связи на нуклон).

В подавляющем большинстве случаев, образовавшийся дипротон, далее — мгновенно или почти мгновенно, распадается на свободные протоны, и лишь с очень малой вероятностью, вместо этого — слабое взаимодействие приводит к превращению одного из протонов в нейтрон, см. рис. 235-б. Но какова вероятная геометрия кванта электрослабого взаимодействия, W⁺ бозона, в этой реакции? И почему эта реакция вообще возможна? Ответы на эти вопросы — поищем в наглядной геометрии: Выгоду реакции в целом — можно представить, исходя из (геометрической) выгоды образующегося ядра дейтерия (как уже рассматривалось ранее). Учтём, далее, не только верхние, но и «нижние» части протонов, как показано на рис. 236. Видно, что реакция превращения протона в нейтрон — не требует физического перемещения протона в верхнюю часть ядра, а производит только (вертикальный) сдвиг протона (что для элементарной частицы, как (нелинейной) волны — может интерпретироваться, как фазовый сдвиг волны), при этом происходит «сжатие» протона до нейтрона, в соответствии с выгодой геометрии образуемого ядра дейтерия (рис. 236).

Рис. 235

Рис. 236. Слева — протон спина –1/2 в дипротоне, с учётом «нижней» (в данном случае — расположена сверху), части; второй протон (т. е. со спином +1/2) — убран (т. о. можно видеть, что эпицентры кварков — располагаются в месте соприкосновения двух половин частицы, на вершинах правильных пирамид (одна из пирамид — для удобства, изъята)); в скобках — то же, вид сверху-сбоку; правее — нейтрон спина +1/2, в ядре дейтерия (нижняя часть (половина) нейтрона — находится ниже плоскости, и не показана), протон (спина +1/2) — для удобства, убран; в скобках — то же, вид сверху-сбоку / ядро дейтерия

Геометрия же кванта электрослабого взаимодействия (вероятная), и геометрия электрослабого поля в целом (возможная) — представлена на рис. 237. В отличие от мезонного поля, для подтверждения именно такой конфигурации Z⁰-бозона и W-бозонов, существует гораздо меньше экспериментальных данных, чем в случае мезонов (геометрия мезонного поля — может подтверждаться, исходя из строения ядер (изотопов), которых известны уже тысячи, и многие из которых рассматривались ранее, с т. зр. наглядной геометрии). Для электрослабого же взаимодействия — наблюдения весьма малы, и включают распады некоторых частиц (нейтрона, мюона и т. п.), упругое столкновение нейтрино и электрона, с обменом энергией, и немногочисленные др. процессы. Поэтому говорить о наглядном строении электрослабого поля — можно с меньшей вероятностью, но тем не менее, можно. Рассмотрим свойства электрослабых бозонов, вытекающие из предполагаемой их геометрии:

Как и пи-мезон, электрослабые бозоны, в той конфигурации, что представлена на рис. 237 — отражают поле, образовавшееся в процессе «поднятия» (включающего процесс разделения взаимодействий) при Большом Взрыве. Исходя из наглядной геометрии, можно показать, что образование электрослабого и сильного (мезонного) полей — должно было происходить одновременно: если (мысленно) надавить на альфа-частицу сверху, оба поля исчезают одновременно, см. рис. 238.

Рис. 237. Z⁰-бозон (и W-бозоны) в альфа-частице

Рис. 238

Электрослабое поле — расположено прямо напротив мезонного, являясь как бы его зеркальной противоположностью. Из-за нарушения симметрии (при откалывании грани = электрона), оба поля, геометрически — неравноценны: Если рассмотреть сам квант электрослабого поля (учитывая не только верхние, но и «нижние» части частиц, как показано на рис. 239), то видно, что электрослабый бозон не похож ни на одну из рассматривавшихся ранее, частиц: Эпицентры кварков в нём — не совпадают, а замкнутое движение на «полюсе» — оказывается незамкнутым в «нижней» части частицы (рис. 239). Т. е. верхняя и «нижняя» части электрослабого бозона — не совпадают друг с другом (чего не наблюдалось ни у одной из других элементарных частиц, но что неизбежно следует из занимаемого бозоном, места, в образующейся, в процессе поднятия, выгодной геометрии ядра гелия 4, см. рис. 240). Для существования частицы в таком состоянии, определённо требуется более высокая степень дислоцированности, и сама частица — напоминает сильно возбуждённое, почти «разорванное» состояние мезона. Из этого — можно предположить и причину сильного различия масс электрослабого бозона, и мезона: так, нейтральный пи-мезон — в 264 раза тяжелей электрона, а Z⁰-бозон — примерно в 178 500 раз, что на три порядка больше. Из высокой массы (и «неправильной» геометрии) — можно также увидеть причину очень короткого времени жизни электрослабых бозонов, и наибольшего короткодействия слабых полей.