У  Герберта Уэллса есть фантастический роман «Человек-невидимка». Герой романа абсолютно невидим и творит всевозможные чудеса (с точки зрения непосвященных наблюдателей). Однако, если героя приодеть и попудрить, то отличить его от обычного человека совсем не просто.

Нечто подобное человеку-невидимке представила научной общественности квантовая физика.

Нейтрино. Невесомая и практически неуловимая частица.

Первооткрыватели нейтрино и косвенные участники этого процесса относились сначала к своему детищу стыдливо-недоверчиво. Но постепенно привыкли, а потом, когда были проведены целевые эксперименты Дж. Аллена, исследовавшего отдачу ядра атома в момент излучения нейтрино при К-захвате электрона [1], [2], и якобы подтвердившего действительное существование нейтрино, совсем уверились в своем открытии.

Сомневающихся, вероятно, было больше, но их никто не считал.

Сомневающиеся есть и сейчас, и автор относится к их числу.

Вернемся в 1930 год.  Историческая справка [1].

«В 1930 швейцарский физик В. Паули в письме участникам семинара в Тюбингене сообщил о своей «отчаянной попытке» «спасти» закон сохранения энергии. Паули высказал гипотезу о существовании новой электрически нейтральной сильно проникающей частицы со спином 1/2 и с массой ≈ 0,01 массы протона, которая испускается при b-распаде вместе с электроном, что и приводит к нарушению однородности спектра b-электронов за счёт распределения дискретной порции энергии (соответствующей переходу ядра из одного состояния в другое) между обеими частицами».

В представленном сообщении есть два удивляющих момента.

Первый — это собственно предложение Паули, действительно достойное удивления.

И второй момент — то, что отцы квантовой физики, оказывается, «спасали» закон сохранения. Каково самомнение! А если бы не спасли?..  Страшно подумать.

На самом деле они спасали свой, пошатнувшийся, как они ощутили, вариант квантовой теории.

Мысль Паули достаточно прозрачна и не скрывала его надежд на то, что экзотическая частица окажется максимально симметричной электрону, т.е. таким же электроном, только без заряда.

В таком представлении нейтрино просуществовало четыре года, пока у него не появился еще один «отец» — теоретик Ферми. Теория Ферми объяснила все основные черты b-распада, и её успех привёл физиков к признанию Нейтрино [3]. При создании теории, Ферми тоже пришлось сделать оговорку «во спасение». Дело в том, что теоретическая форма спектра электронов более-менее хорошо совпадала с экспериментальной только при условии нулевой массы нейтрино. Других критериев для определения массы нейтрино теория Ферми не предоставляла. Однако Ферми в угоду детищу формулирует  заключение, по которому масса нейтрино много меньше массы электрона (и, возможно, равна нулю).

«Много меньше массы электрона» — это и было искусственно введенным дополнением во спасение первоначальной идеи Паули, хотя собственно теория явно диктовала нулевую массу.

Окончательный облик нейтрино получило после своего усыновления Стандартной моделью.

«Нейтрино (итал. neutrino, уменьшительное от neutrone — нейтрон), электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя много меньшей массы электрона (возможно равной нулю), спином¹/₂ (в единицах постоянной Планка ћ) и исчезающе малым, по-видимому, нулевым, магнитным моментом. Нейтрино принадлежит к группе лептонов, а по своим статистическим свойствам относится к классу фермионов»  [1].

Теоретики Стандартной модели усугубили парадоксальность определения Ферми, дополнив его «исчезающее малым магнитным моментом». Как известно из квантовой теории, минимальная порция энергетического свойства – это vh, при v =1, но еще никто не определял её как исчезающее малую.

Перед нами уникальный случай, определение фундаментального природного объекта (нейтрино) предлагает пользователю на выбор два взаимоисключающих варианта: масса нейтрино много меньше массы электрона, или масса нейтрино равна нулю.

Стиль формулировки напоминает определение через предел – и тем самым усыпляет внимание, скрывая свою парадоксальность. На самом деле, ни какого предела здесь быть не может: либо нейтрино вещественная частица с ничтожной, но конкретной массой; либо это безмассовая частица, аналог фотона, с массой покоя равной нулю.

Судя по публикациям, никто из теоретиков не рассматривает нейтрино в качестве вещественной частицы. Сделав реверанс в форме вынужденной приписки об исчезающее малом магнитном моменте и исчезающей массе, они видимо забыли о первоначальном назначении нейтрино – обеспечение непрерывности энергетического спектра электронов при квантовом бета-распаде. Попросту говоря, сумма энергий нейтрино и электрона из одного события всегда должна быть равна некоторой константе.

Но как частица с нулевой массой покоя может уносить энергию, изменяющуюся в пределах известного спектра. Получается неувязка: либо нейтрино как фотоны имеет переменную частоту, и реализует соотношение Е=vћ; либо нейтрино реальная вещественная частица с конкретной, хотя и очень маленькой, массой покоя. Энергия частицы в последнем случае может меняться при излучении в зависимости от близости её скорости к скорости света.

Второй вариант выглядит явно притянутым за уши, и выпадает из общей гармонии официальной парадигмы. Но и первый вариант не лучше, и тоже требует радикальной реконструкции Стандартной модели. Эта реконструкция уже началась.

Цитата из Википедии, статья «Стандартная модель».

«В связи с тем, что обнаружены нейтринные осцилляции, стандартная модель нуждается в расширении, которое вводит дополнительно 3 массы нейтрино и как минимум 4 параметра PMNS-матрицы смешивания нейтрино, аналогичные CKM-матрице смешивания кварков, и, возможно, ещё 2 параметра смешивания, если нейтрино являются майорановскими частицами».

Критика бесполезна.

Сколько масс у нейтрино?

Сколько, каких надо – столько и будет.

В среде современных физиков развивается тенденция пренебрежительного отношения к философии. Но законы, которые являются объектами философии, не становятся от этого менее значимыми и, тем более, не переходят при этом в юрисдикцию теоретиков, решающих спасать или не спасать эти законы.

Рассмотрим с философских позиций самое экзотическое свойство нейтрино – его неимоверную проницаемость. Каков физический смысл этого свойства? Для всех ясно, что это свойство является атрибутом частицы-невидимки. Но это бытовое представление, являющееся простым синонимом, не пополняющим информативность образа.

Рассмотрим экзотическое свойство нейтрино с космологических позиций.

Для большей наглядности представим, что в некоторой заданной системе нейтрино вообще не поглощается. Это значит, что через определенное время, пусть очень большое, но конечное, всё, что может превратиться в нейтрино, в него и превратиться. В этом случае процесс излучения должен прекратиться, а заданная система прекратит существование, т.е. фундаментально преобразится. Плотность нейтрино в новой системе будет равна плотности дефицита начального вещества предшествующей системы. При этом, обитатели новой системы уже никогда не узнают о существовании нейтрино, только из летописей.

А при дефиците равном единице, вообще всё вещество должно превратится в нейтрино. Чем не стартовая площадка для Большого Взрыва? Сначала коллапс – потом Взрыв.

Перед нами философская оценка любого однонаправленного процесса. Всякая система, реализующая бесконечный однонаправленный процесс, обречена на самоуничтожение.

Изобретатели нейтрино учли это убийственное свойство однонаправленности, и наделили нейтрино способностью к поглощению, пусть ничтожной, но все же не нулевой. Что будет происходить в этом случае с наблюдаемой системой. Система будет заполняться нейтрино, которые будут съедать вещество системы, до тех пор, пока плотность нейтрино и плотность оставшегося вещества не обеспечат равенство актов поглощения и актов излучения нейтрино, т.е. сформируют равновесный динамический процесс.

Вот в таком мире мы и должны бы жить. Но мир явно не тот… Похоже в нашей Вселенной нейтрино противоречит фундаментальной теореме взаимности, которая гласит: излучающий объект обязательно является и поглощающим объектом.

Возникает вопрос, какую же  стадию мы наблюдаем во Вселенной? Получается, что самую начальную (не равновесную), т.к. если бы система находилась в равновесии, а философский подход именно это и рекомендует, то плотность нейтрино в пространстве была бы так велика, что процессы, сопровождаемые поглощением нейтрино, были бы равновероятны с процессами излучения.  Но этого не наблюдается.

Ещё одна неувязка.

Таким образом, неувязки, связанные с нейтрино, множатся.

Свой вклад в копилку неувязок теории нейтрино внес А.В. Мамаев [4]. Он провел теоретический анализ методики, использованной Эллисом и Вустером в своих калориметрических исследованиях бета-распада. Мамаев продемонстрировал, что физическая модель бета-распада, под которую теоретики подгоняли свои формулы, по крайней мере, не полна.

От теоретических исследований Мамаева невозможно отмахнуться. А из них неукоснительно следует, что спектр теряемой электроном энергии, не весь уносится нейтрино. Однако нет оснований считать, что количественный расчет энергии, рассеиваемой электронами по Мамаеву, даст результат, полностью исключающий существование нейтрино. Дело в том, что Мамаев, как и отцы нейтрино, мыслит в стандарте капельной модели атомного ядра. Пользователи этой модели даже не рассматривают вопрос о возможности существования касательной составляющей импульса электрона относительно поверхности  ядра (хотя модель это допускает).

Другие модели ядра, которые более соответствуют здравому смыслу и результатам последних исследований, предполагают пространственную конструкцию из не сомкнутых нуклонов, одна из концепций такой модели представлена в [5]. Нуклоны атомного ядра в этом варианте реализуют объемную ажурную топологию, стандартную для всех ядер данного химического элемента, что и обеспечивает индивидуальные особенности химических элементов. Такая модель естественным образом ставит вопрос о конкретном размещении излучающего нейтрона в объемной конструкции и о направлении его излучения. Распределение предположительно квантованной реакции отдачи нейтрона по двум степеням свободы ядра, включая момент вращения ядра, приводит непосредственно к непрерывному спектру излученного электрона, и именно с такой формой зависимости, которая наблюдается.

Ажурная модель ядра атома требует для исследований разработки новых экспериментальных методик. Дело в том, что затраты энергии на раскрутку ядра атома не сказываются на температуре исследуемого образца, т.к. тепловая энергия в этом случае полностью компенсируется увеличением теплоемкости вещества за счет задействования дополнительной степени свободы, слабо коррелирующей с общепринятыми степенями. Из этого следует, что калориметрические методики в принципе не могут выявить затрат энергии на увеличение момента атомного ядра.

Таким образом, результирующий спектр энергии электронов, с учетом рассеяния, выявленного Мамаевым, и рассеяния на ядре, может полностью исключить участие нейтрино в данной реакции.

Похоже, литературным прототипом нейтрино является не человек-невидимка, а поручик Киже.

В арсенале экспериментального подтверждения реальности нейтрино есть еще один, якобы, убедительный эксперимент. Это наблюдение отдачи ядра в момент испускания нейтрино, впервые рассмотренный советским физиком А. И. Лейпунским.

Физическая энциклопедия:

«В 1938 А. И. Алиханов и А. И. Алиханьян предложили использовать для этой цели реакцию К-захвата в ⁷Be: ядро ⁷Be захватывает электрон из К-оболочки атома и испускает Нейтрино, превращаясь в ядро ⁷Li, ⁷Ве (е^—, n_e)⁷Li; при этом, если Нейтрино — реальная частица, ⁷Li получает импульс, равный и противоположный по знаку импульсу Нейтрино. Первый успешный опыт с этой реакцией был выполнен американским физиком Дж. Алленом в 1942. Оказалось, что энергия отдачи ионов ⁷Li согласуется с теоретическим значением (в предположении нулевой массы Нейтрино). Последующие опыты с большей точностью подтвердили этот результат. Существование Нейтрино стало экспериментальным фактом.»  [1]. Вывод ошеломительный.

Поражает кричащая неосновательность произведенных выводов. Опыты подтверждают реальность существования нейтрино с нулевой массой покоя. Но такое нейтрино, как уже было показано, в принципе не способно обеспечить непрерывный спектр электрона даже в условиях, предлагаемых реконструкцией Стандартной модели.

Кроме того, реакция К-захвата по умолчанию считается спонтанной, а это нужно доказывать, т.к. это чрезвычайно важно. Но не доказано.

Чтобы поверить в истинность результатов Дж. Аллена, необходимо, чтобы были предоставлены аргументы, доказывающие, что атом во время К-захвата можно считать замкнутой системой, т.е. К-захват действительно самопроизвольный процесс. А кроме того необходимо учитывать разложение отдачи на момент и импульс. Однако такие данные не приводятся.

Логично предположить, что тепловые столкновения атомов при благоприятном стечении обстоятельств вызывают эстафету передачи импульса от электрона внешней оболочки к электрону внутренней К-оболчки. Такая эстафета может сопровождаться резонансным усилением импульса случайного характера.  Косвенным доказательством этого явления может служить то обстоятельство, что иногда выбиваются и захватываются электроны с соседней L–оболочки.

 

Заключение.

Наблюдаемый непрерывный спектр электронов бета-распада, форма которого далека от ожидаемой квантовой константы, послужил поводом для выдумки нейтрино. Однако, вследствие исторического казуса предложенная модель нейтрино была трансформирована и использована для выполнения более насущных современных нужд ушлых теоретиков, и не может уже использоваться для обоснования непрерывности спектра электронов, излучаемых при бета-распаде.

Проследим исторический казус.

В 1914 году Дж. Чедвиг обнаруживает, что в квантовых распадах атомов, сопровождаемых бета-испусканием электронов, спектр испускаемых электронов является переменным и непрерывным.

В 1930 году Паули, спасая (якобы) закон сохранения энергии, предлагает допустить существование чудесной частицы, которая своими свойствами устраняет все реальные несоответствия при бета-распаде атомов.

В 1932 году происходит открытие нейтрона, который тяжелее протона и не имеет заряда. По этому поводу Ферми предлагает назвать частицу-довесок, которую придумал Паули, нейтрино, в переводе с итальянского «нейтрончик». Кроме этих несущественных формальностей Ферми придумывает гипотезу, названную «теорией Ферми». Вот её квинтэссенция:

n→ p + e^— +ν_e-     (1)

p → n + e⁺ + ν_e+     (2)

Это основные уравнения теории Ферми. На основе этой теории рассчитали спектр электрона и нейтрино. Пришлось немного добавить чудесных свойств в копилку нейтрино – что-то вроде мерцающей массы, то ли она есть, то ли её нет.

В 1938 году А.И. Лейпунский предположил для доказательства существования нейтрино измерить отдачу ядра атома при испускании электрона.

В 1942 году Дж. Аллен экспериментально подтвердил догадку Лейпунского.

Вот тут и возникает исторический казус или кульбит. Если бы Аллен мог послать сообщение о своих опытах для Паули в 1930 год, то Паули не потребовалось бы придумывать нейтрино, т.к. всё сошлось бы и без него. Но нет, результаты опытов Аллена совпадают (похожи) с теоретическим спектром нейтрино – и это значит, что они (опыты) подтверждают существование нейтрино. Фокус. Некоммутативная логика: если данные поступают все разом, то никакого нейтрино не нужно — и его нет, а если данные поступают последовательно во времени, то нейтрино должно быть.

Кроме того, космологические характеристики излучения и поглощения нейтрино не вписываются во временные раскладки мистической теории Большого Взрыва.

В начале предыдущего столетия человечество соприкоснулось с безграничным миром квантовых объектов и квантовых взаимодействий. Необходимое в этих обстоятельствах осознание груза стереотипов предшествующего мировоззрения и осознание естественной неполноты начальных сведений должно было сориентировать исследователей на скрупулезный стиль работы, не допускающий поспешных, не перепроверенных  выводов и решений.

Но жизнь не позволила утвердиться этому стилю. Как золотая лихорадка приводит к стремительному возникновению хлипких городов, так и лихорадка открытий привела к созданию временно успешных  хлипких теорий.

Быстрые успехи описательно-статистической теории квантования привели к тому, что её авторитеты уже озабочены последней, как они уверены, оставшейся проблемой: можно ли считать квантовую теорию уже завершённой.

Но, если мир квантовый, то где же вещественные кванты? Их нет.

Похоже, квантовая теория еще и не начиналась.

 

Нижний Новгород, ноябрь 2013г.

 

 

 

Источники информации

 

1. Физическая энциклопедия, Интернет.
2. Электронный К-захват/ Интернет.
3. Кузьмичев Л.А. /Нейтринная астрофизика / Курс лекций,  Интернет http://www.heuristic.su/effects/catalog/est/byId/description/441/index.html.
4. Мамаев А. В. /Грандиознейшая научная мистификация:  кто ее разоблачит?/ Интернет, http://www.acmephysics.narod.ru/b_r/rhtm.
5. Леонович В.Н. /О магнитной природе ядерных сил на примере взрыва сверхновых / Интернет, http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/11604.html.
6. Соколов В.М. /Есть ли в природе нейтрино?/ Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 5 – стр. 75-79