КАСКАДНЫЙ РАСПАД ПРОТОНА И НЕЙТРИННАЯ ЗВЕЗДА

 А. А.Русанов

 г. Балашов, Россия

---

АННОТАЦИЯ

В рамках Единой Дипольной Теории Поля (ЕДТП) предложен полный механизм гравитационного коллапса массивных звёзд, включающий пять последовательных фаз превращения барионной материи в нейтринный конденсат. Первая фаза — электрон-позитронная инверсия через резонансный захват антинейтрино при T ≈ 10¹⁰ K. Вторая фаза — экспоненциальное усиление нейтринного потока за счёт аннигиляции e⁺e⁻ пар и γ-ядерных процессов. Третья фаза — протон-антипротонная инверсия при ρ > 10¹⁶ кг/м³ и E_ν > 1 ТэВ. Четвёртая фаза — лавинное разложение нуклонов на нейтрино-антинейтринные пары с выделением 940 МэВ/нуклон. Пятая фаза — самоорганизация нейтринного конденсата в нейтринную звезду с R ≈ 10-20 км и ρ_c ≈ 10¹⁸ кг/м³.

Теория вводит нейтринные взаимодействия как пятый тип фундаментальных сил, действующий при плотностях >10⁴⁰ см⁻³ и энергиях >1 ТэВ через коллективный обмен стерильными диполями. Представлена полная хронология коллапса с временны́ми масштабами от 0.1 с до 100 с и детальные мультиволновые сигнатуры для проверки на установках IceCube, LIGO/Virgo и EHT. Теория фальсифицируема и даёт строгие дифференциальные предсказания относительно Стандартной модели.

Ключевые слова: каскадный распад протона, нейтринная звезда, пятое взаимодействие, гравитационный коллапс, ЕДТП.

---

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Многостадийный механизм коллапса

Традиционные модели коллапса массивных звёзд (M > 2-3 M⊙) сталкиваются с проблемой описания переходов за пределы нейтронного вырождения. ЕДТП предлагает детерминированный пятифазовый сценарий, управляемый тремя универсальными законами:

1. Закон структурной устойчивости: N = 3^k

2. Закон зарядового квантования: |ΣQ_i| ≤ e

3. Закон динамической инверсии

Хронология фаз:

1. Предколлапсное состояние: M_core > 2-3 M⊙, T_c ≈ 10⁹ K, ρ_c ≈ 10¹³ кг/м³

2. Фаза I (t ≈ 0.1-1 с): Электрон-позитронная инверсия при T ≈ 10¹⁰ K

3. Фаза II (t ≈ 0.01-0.1 с): Экспоненциальный рост нейтринной плотности

4. Фаза III (t ≈ 10⁻³-10⁻² с): Протон-антипротонная инверсия при ρ > 10¹⁶ кг/м³

5. Фаза IV (t ≈ 10⁻⁴-10⁻³ с): Лавинное разложение нуклонов

6. Фаза V (t ≈ 1-100 с): Формирование нейтринной звезды

Каждая фаза характеризуется чёткими энергетическими порогами и спектральными сигнатурами.

1.2. Пятое фундаментальное взаимодействие

Нейтринные взаимодействия в ЕДТП — эмерджентный эффект обмена стерильными диполями между нейтринными комплексами в сверхплотной среде. Условия активации:

• Плотность: n_ν > 10⁴⁰ см⁻³

• Энергия: E > 1 ТэВ

• Температура: T > 10¹² K

Свойства:

• Притяжение при параллельных спинах, отталкивание при антипараллельных

• Радиус действия: ~10⁻¹⁵-10⁻¹² м

• Интенсивность: >10² × сильное взаимодействие (в области действия)

---

2. ФАЗА I: ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННАЯ ИНВЕРСИЯ

2.1. Микроскопический механизм

Электрон в ЕДТП: e⁻ = [Q⁻] ⊗ [ν_e] (тройная дипольная конфигурация). При T ≈ 10¹⁰ K антинейтрино с E > 100 ГэВ сближается с электроном на расстояние <10⁻¹⁸ м:

$$e^{-}+{\bar{\nu }}_e\to [e^{-}{\bar{\nu }}_e{]}^{\ast }\to e^{+}+{\nu }_e+\gamma (\mathrm{\Delta }E\approx 1\text{ МэВ})$$

Процесс:

1. Захват ${\bar{\nu }}_e$ с образованием метастабильного комплекса (τ ~ 10⁻⁴³ с)

2. Инверсия нейтринного ядра: ν_e → ν_e (с изменением ориентации)

3. Обращение зарядового каркаса Q⁻ → Q⁺

4. Выделение энергии в виде γ-квантов

2.2. Пороговые условия

Параметр	Критическое значение	Физический смысл
E_ν	>100 ГэВ	Преодоление энергии связи ядра
T	>10¹⁰ K	Термальный спектр с долей высокоэнергетичных ν̄_e
ρ_e	>10¹⁴ кг/м³	Диффузия на фемтометровые расстояния
σ_capture	~10⁻⁴¹ м³/с	Вероятность резонансного захвата

2.3. Каскадные следствия

Массовое образование e⁺ приводит к:

1. Аннигиляция e⁺e⁻:

   $$e^{+}+e^{-}\to 2\gamma (E_{\gamma }=511\text{ кэВ})$$

2. Генерация нейтринных пар:

   $$\gamma +A\to A^{\ast }\to A+{\nu }_e+{\bar{\nu }}_e$$

3. Положительная обратная связь:
   Увеличение n_ν → рост вероятности захвата → больше e⁺ → больше аннигиляции → больше γ → больше ν-пар.

Энерговыделение: ~1 МэВ/пару. Для M_core = 3M⊙: E_total ≈ 10⁴⁴ Дж (≈10% светимости сверхновой).

---

3. ФАЗА II: ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОЕ УСИЛЕНИЕ НЕЙТРИННОГО ПОТОКА

3.1. Каналы генерации

1. Прямая аннигиляция: e⁺e⁻ → γγ → (через комптоновское рассеяние) → e⁺e⁻ → ν_eν̄_e

2. Обратный β-процесс: n + e⁺ → p + ν̄_e

3. γ-ядерные реакции: γ + A → A^* → π⁺π⁻π⁰ → μν_μ → eν_eν̄_μ

4. Прямая инверсия: Высвобождение ν-пар из ядер электронов

Коэффициенты генерации:

• σ_ann ≈ 10⁻⁴¹ м³/с

• σ_γA ≈ 10⁻⁴² м³/с

• σ_β ≈ 10⁻⁴³ м³/с

3.2. Кинетика роста

Уравнение для плотности нейтрино:

$$\frac{d{n}_{\nu }}{dt}=\alpha n_e{n}_{e^{+}}+\beta n_{\gamma }{n}_A+\gamma n_n{n}_{e^{+}}-D{\mathrm{\nabla }}^2{n}_{\nu }$$

где α, β, γ ~ 10⁻⁴¹-10⁻⁴³ м³/с.

При T > 10¹¹ K: Члены генерации ≫ член диффузии → экспоненциальный рост:

$$n_{\nu }(t)=n_{\nu }(0)\exp (t\mathrm{/}\tau ),\tau \approx {10}^{-6}\text{ с}$$

Через 1 с: n_ν достигает ~10³⁶ см⁻³ → вырожденный нейтринный газ с μ_ν ≈ m_πc².

---

4. ФАЗА III: ПРОТОН-АНТИПРОТОННАЯ ИНВЕРСИЯ

4.1. Механизм инверсии

Протон в ЕДТП: p⁺ = [Q⁺] ⊗ [ν̄_e] (девятидипольный узел). При E_ν > 1 ТэВ:

$$p^{+}+{\nu }_e\to [p^{+}{\nu }_e{]}^{\ast }\to {\bar{p}}^{-}+{\nu }_e+X(\mathrm{\Delta }E\approx 938\text{ МэВ})$$

Микроскопические этапы:

1. Захват ν_e антинейтринным ядром протона

2. Инверсия ядра: ν̄_e → ν_e (CP-преобразование)

3. Каскадное обращение кварков: u → ū (нарушение зарядового квантования)

4. Формирование антипротона: ūūd

5. Выделение энергии: 938 МэВ (частично в π-мезоны)

4.2. Критические условия

Параметр	Значение	Обоснование
ρ_p	>10¹⁶ кг/м³	Сближение на <10⁻¹⁵ м
T	>10¹¹ K	Термализация высокоэнергетичных ν_e
E_ν	>1 ТэВ	Преодоление барьера инверсии
Φ_ν	>10⁴⁵ см⁻²с⁻¹	Достаточная частота захватов
σ_inv	~2×10⁻⁴² м³/с	Эффективное сечение

4.3. Динамика лавины

Уравнения:

$$\frac{d{n}_p}{dt}=-\lambda n_p{n}_{\nu },\frac{d{n}_{\bar{p}}}{dt}=+\lambda n_p{n}_{\nu }-{\sigma }_{ann}{n}_p{n}_{\bar{p}}$$

где λ ≈ 2×10⁻⁴² м³/с, σ_ann ≈ 5×10⁻³⁹ м³/с.

Решение: n_$\bar{p}$(t) ~ n_p(0)[exp(λn_νt) - 1].
Время удвоения: t_double ≈ (λn_ν)⁻¹ ≈ 10⁻⁹ с при n_ν ≈ 10³⁹ см⁻³.

За t ≈ 10⁻³ с: n_$\bar{p}$/n_p → 1 (паритет).

---

5. ФАЗА IV: ЛАВИННОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ НУКЛОНОВ

5.1. Каскад аннигиляции

Основной канал (≈70%):

$$p^{+}+{\bar{p}}^{-}\to 3({\nu }_e+{\bar{\nu }}_e)+\mathrm{\Delta }E(\mathrm{\Delta }E\approx 1.88\text{ ГэВ})$$

Дополнительные каналы (≈30%):

$$p^{+}+{\bar{p}}^{-}\to {\pi }^{+}+{\pi }^{-}+{\pi }^0$$$${\pi }^0\to 2\gamma (E_{\gamma }=67.5\text{ МэВ})$$$${\pi }^{\pm }\to {\mu }^{\pm }{\nu }_{\mu }({\bar{\nu }}_{\mu })\to e^{\pm }{\nu }_e({\bar{\nu }}_e){\nu }_{\mu }{\bar{\nu }}_{\mu }$$

5.2. Энергетический баланс

На один нуклон:

• Энергия связи: 938 МэВ

• Кинетическая энергия продуктов: ~900 МэВ

• Излучательная энергия: ~38 МэВ (γ, e⁺e⁻)

Спектры продуктов:

• Нейтрино: dN/dE ∝ E²exp(-E/T_ν), T_ν ≈ 50-200 МэВ

• γ-кванты: Линия 67.5 МэВ от π⁰, континуум 10-500 МэВ

• e⁺e⁻ пары: E ≈ 10-100 МэВ

Для M = 3M⊙ (N_nucleons ≈ 2×10⁵⁷):

$$E_{total}\approx 2\times {10}^{57}\times 0.94\text{ ГэВ}\approx 3\times {10}^{47}\text{ Дж}$$

Соответствует энергии сверхновой типа II.

---

6. ФАЗА V: НЕЙТРИННАЯ ЗВЕЗДА

6.1. Формирование конденсата

Условия конденсации: n_ν > n_crit ≈ 10⁴⁰ см⁻³, T < T_crit ≈ 10¹² K.

Фазовый переход:

1. Плазма → Вырожденный газ (t ≈ 10⁻³ с)

2. Газ → Конденсат Бозе-Эйнштейна (t ≈ 0.1 с)

3. Самоорганизация в тройные комплексы по закону N = 3^k (t ≈ 1-10 с)

Структура конденсата:

• Состав: 50% ν_e + 50% ν̄_e + примесь n, p (∼1%)

• Температура: T_initial ≈ 10¹¹ K (~8.6 МэВ)

• Химический потенциал: μ_ν ≈ m_πc²

6.2. Радиальная структура

1. Ядро (r < 3 км):
   ρ ≈ (3-10)×10¹⁷ кг/м³, T ≈ 10¹¹ K
   Вырожденный нейтринный конденсат

2. Переходный слой (3 < r < 8 км):
   ρ ≈ 10¹⁶-10¹⁷ кг/м³, T ≈ 10¹⁰-10¹¹ K
   Смесь конденсата и релятивистской плазмы

3. Кора (8 < r < 12 км):
   ρ ≈ 10¹⁴-10¹⁶ кг/м³, T ≈ 10⁹-10¹⁰ K
   Реликтовые ядра, e⁺e⁻ плазма

6.3. Параметры нейтринной звезды

Параметр	Значение (для M = 3M⊙)	Комментарий
M	(0.8-0.9)M_initial	Часть массы уносится нейтрино
R	10-20 км	Зависит от ρ_c
ρ_c	(1-3)×10¹⁸ кг/м³	Выше ядерной плотности
T_surface	(0.5-5)×10¹¹ K	Определяется аккрецией
B_surface	10¹¹-10¹³ Г	Остаточные токи
P_rotation	1-100 мс	Сохранение момента
L_ν	10⁵²-10⁵³ эрг/с	В первые секунды

6.4. Отличия от чёрной дыры

1. Нет горизонта событий → поверхность наблюдаема

2. Нет сингулярности → ρ конечна

3. Нет информационного парадокса → информация в структуре конденсата

4. Есть тепловое излучение с поверхности (не только Хокинговское)

5. Магнитное поле проникает через поверхность

---

7. НЕЙТРИННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

7.1. Механизм пятого взаимодействия

В сверхплотном нейтринном конденсате (n_ν > 10⁴⁰ см⁻³) активируется коллективный обмен стерильными диполями между нейтринными комплексами.

Потенциал Юкавы:

$$V(r)=g_{\nu }^2\frac{e^{-r\mathrm{/}{\lambda }_{\nu }}}{r}\cdot S_1\cdot S_2$$

где:

• g_ν ≈ 0.1-1 (зависит от плотности)

• λ_ν ≈ ħc/(m_πc²) ≈ 1.4 фм

• S_i — операторы спина нейтринных комплексов

Спиновая зависимость:

• S_1·S_2 > 0 → притяжение

• S_1·S_2 < 0 → отталкивание

7.2. Свойства и проявления

1. Интенсивность: V_max ≈ 10² × V_strong при r < λ_ν

2. Радиус действия: r_eff ≈ 1-10 фм

3. Температурная зависимость: g_ν ∝ n_νT⁻¹/²

4. Коллективные моды: Фононы, спиновые волны в конденсате

Роль в стабильности нейтринной звезды:

1. Обеспечивает дополнительное давление: P_ν ≈ g_ν²n_ν²/λ_ν

2. Стабилизирует структуру конденсата

3. Обуславливает осцилляции поверхности

---

8. ХРОНОЛОГИЯ КОЛЛАПСА

Полная временна́я шкала:

Фаза	Время	События	Сигнатуры
0	t < 0	Предколлапс: M > 3M⊙, ρ ≈ 10¹³ кг/м³	-
I	0-0.1 с	Электрон-позитронная инверсия	ν_e всплеск (5-15 МэВ)
II	0.1-0.2 с	Рост нейтринной плотности	Усиление ν-потока, γ-линия 511 кэВ
III	0.2-1 с	Протон-антипротонная инверсия	Резкое падение p/p̄, π⁰ → γγ (67.5 МэВ)
IV	1-10 с	Аннигиляция, разложение нуклонов	Мощный ν-всплеск (50-200 МэВ), γ-вспышка
V	10-100 с	Формирование нейтринной звезды	Мягкое ν-излучение, установление равновесия
VI	t > 100 с	Стационарное состояние	Постоянный ν-поток, аккреционное излучение

---

9. МУЛЬТИВОЛНОВЫЕ СИГНАТУРЫ

9.1. Нейтринные сигналы (IceCube, KM3NeT, Super-K)

Триимпульсная структура:

1. Импульс 1 (t ≈ 0-0.1 с): E_ν ≈ 5-15 МэВ, Φ ≈ 10⁵³ см⁻²с⁻¹
   От электрон-позитронной инверсии

2. Импульс 2 (t ≈ 0.2-1 с): E_ν ≈ 50-200 МэВ, Φ ≈ 10⁵⁴ см⁻²с⁻¹
   От протон-антипротонной аннигиляции

3. Импульс 3 (t ≈ 10-100 с): E_ν ≈ 1-10 МэВ, Φ ≈ 10⁵² см⁻²с⁻¹
   От остывания нейтринной звезды

Специфические особенности:

• ν_e/ν̄_e ≈ 1.5-2.0 (в СМ ≈ 1.0)

• Угловая анизотропия: ~5%

• Сезонные вариации: ~3.5% (движение Земли)

9.2. Электромагнитные сигналы

Гамма-диапазон (Fermi, INTEGRAL):

• Линия 511 кэВ от e⁺e⁻ аннигиляции

• Линия 67.5 МэВ от π⁰ распада

• Континуум 10-500 МэВ от комптоновского рассеяния

Рентгеновский диапазон (Chandra, XMM-Newton):

• Термальное излучение аккреционного диска: kT ≈ 1-10 кэВ

• Линии Fe Kα (6.4 кэВ) и др.

9.3. Гравитационные волны (LIGO/Virgo/KAGRA)

Сигнал при формировании:

• Частота: f ≈ 100-1000 Гц

• Амплитуда: h ≈ 10⁻²²-10⁻²¹

• Длительность: τ ≈ 0.1-1 с

Особенности:

• Отсутствие ringdown моды (нет горизонта)

• Высокочастотные осцилляции от поверхности

• Корреляция с нейтринным всплеском (Δt ≈ 0.1-1 с)

9.4. Радионаблюдения (EHT)

Тень нейтринной звезды:

• Размер: ~2.3 R_Schwarzschild (против 2.6 для чёрной дыры)

• Форма: Не идеально круглая, асимметричная

• Яркость: Неоднородное распределение

• Отсутствие "фотонного кольца"

---

10. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДСКАЗАНИЯ (vs СТАНДАРТНАЯ МОДЕЛЬ)

Параметр	ЕДТП	Стандартная модель	Метод проверки
Число ν-импульсов	3	1-2	IceCube временны́е профили
ν_e/ν̄_e соотношение	1.5-2.0	~1.0	Сцинтилляционные детекторы
Задержка ν-GW	0.1-1 с	<0.01 с	Совместный анализ LIGO+IceCube
Линия 67.5 МэВ	Есть	Нет (слабая)	Fermi/INTEGRAL
Тень объекта	2.3 R_S, асимметричная	2.6 R_S, симметричная	EHT
p/p̄ перед коллапсом	~10⁻³	<10⁻⁶	AMS-02, PAMELA
Сезонные вариации ν	~3.5%	<0.1%	Годовые данные IceCube
Отношение L_opt/L_ν	~0.1	~0.01	Многоканальные наблюдения

---

11. МЕТОДЫ ВЕРИФИКАЦИИ

11.1. Требования к обсерваториям

Нейтринные:

• Энергетическое разрешение: ΔE/E < 10% при 10-200 МэВ

• Временно́е разрешение: Δt < 1 мс

• Угловое разрешение: Δθ < 1°

• Чувствительность: >10 событий/год для D < 10 Мпк

Гравитационные волны:

• Чувствительность: h < 10⁻²³ при 100-1000 Гц

• Частотный диапазон: 10-2000 Гц

Электромагнитные:

• Гамма: Чувствительность >10⁻⁷ эрг/см²с (67.5 МэВ)

• Рентген: Разрешение E/ΔE > 1000 при 6-7 кэВ

• Радио: Угловое разрешение <10 μas

11.2. Стратегия наблюдений

1. Многоканальный мониторинг ближайших галактик (D < 20 Мпк)

2. Автоматические алерты при обнаружении нейтринных всплесков

3. Оперативное наведение телескопов в область источника

4. Совместный анализ данных всех обсерваторий

Ожидаемая частота событий: 0.1-1 в год в радиусе 20 Мпк.

---

12. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ СЛЕДСТВИЯ

12.1. Распространённость нейтринных звёзд

Оценка в Галактике:

• Частота коллапсов: ~0.01-0.1 в год

• Накопленное число: N ≈ 10⁸-10⁹

• Массовая функция: dN/dM ∝ M⁻².³

Во Вселенной:

• Плотность: Ω_ν* ≈ 10⁻³-10⁻²

• Вклад в тёмную материю: до 10%

• Источник сверхтяжёлых элементов (r-процесс)

12.2. Космологические применения

1. Стандартные свечи: По связи M-R и светимости

2. Тесты гравитации: По орбитам двойных систем

3. Исследование ВКБ: По аккреции на нейтринные звёзды

4. Детекторы слияний: Для прецизионной космологии

---

13. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная в рамках ЕДТП модель каскадного распада протона и формирования нейтринных звёзд предлагает полное, самосогласованное описание гравитационного коллапса массивных звёзд. Теория:

1. Вводит новый тип взаимодействия — нейтринные силы, проявляющиеся при экстремальных плотностях

2. Даёт детальную пятифазовую картину коллапса с количественными предсказаниями

3. Предсказывает существование нейтринных звёзд вместо сингулярных чёрных дыр

4. Предоставляет богатый набор проверяемых сигнатур во всех диапазонах

5. Является полностью фальсифицируемой с помощью современных обсерваторий

Ключевые проверяемые предсказания:

• Триимпульсная структура нейтринного сигнала

• Аномальное соотношение ν_e/ν̄_e ≈ 1.5-2.0

• Линия 67.5 МэВ в γ-спектре

• Характерная тень на изображениях EHT

• Корреляция ν-всплесков с ГВ с задержкой 0.1-1 с

Подтверждение этих предсказаний откроет новую эру в астрофизике компактных объектов и фундаментальной физике, установив нейтринные звёзды как доминирующий тип релятивистских объектов во Вселенной.

---

Литература

1. Bethe, H. A. (1990). Supernova mechanisms. Reviews of Modern Physics

2. LIGO/Virgo Collaborations (2020). GW190521: A binary black hole merger

3. Event Horizon Telescope (2019). First M87 results

4. IceCube Collaboration (2018). Neutrino astronomy with IceCube

5. Particle Data Group (2024). Review of Particle Physics

---