Гипотеза о конфайнменте кварков через стремление Вселенной к электрической нейтральности и роль стерильных диполей

Русанов А.А., учитель физики, г. Балашов

Аннотация

Предложена гипотеза, объясняющая конфайнмент кварков через стремление Вселенной к электрической нейтральности. Модель предполагает, что кварки, обладающие дробными зарядами, не могут существовать изолированно и объединяются в тройки или пары для сохранения нейтральности. Механизм конфайнмента объясняется обменом стерильными диполями — нейтральными частицами, состоящими из гравитона (+1) и фотона (-1). Гипотеза предсказывает, что попытки разделить кварки приводят к их мгновенной рекомбинации или распаду, что согласуется с экспериментальными данными. Стабильность протона и нестабильность нейтрона объясняются ролью электронного нейтрино (антинейтрино) как слабого звена, связывающего кварки. Также рассмотрена фрактальная структура электрона и роль стерильного нейтрино как кандидата на роль тёмной материи.

1. Введение

Актуальность:

В Стандартной модели конфайнмент кварков объясняется сильным взаимодействием через глюоны, однако природа дробных зарядов кварков остаётся не до конца изученной.

Наблюдаемая стабильность адронов (протонов, нейтронов) и отсутствие свободных кварков в природе требуют альтернативных интерпретаций.

Цель работы:

Объяснить конфайнмент кварков через принцип нейтральности Вселенной, предложить механизм удержания кварков с помощью стерильных диполей и роль электронного нейтрино (антинейтрино) в связывании кварков.

2. Основные положения

2.1. Нейтральность Вселенной

Вселенная стремится к нулевому суммарному заряду:

∑Q=∑(N+−N−)=0,

где N+ — число гравитонов (+1),N− — число фотонов (-1).

2.2. Дробные заряды кварков

Кварки не могут быть нейтральными по отдельности:

u-кварк: Q=+2/3e (N+=510, N−=102).

d-кварк: Q=−1/3e (N+=204, N−=408).

2.3. Конфайнмент через стерильные диполи

Стерильные диполи (N++N−=0) действуют как «клей», удерживая кварки в адронах.

Попытка разделить кварки требует энергии для создания новых диполей, что энергетически невыгодно.

2.4. Теоретическое обоснование чисел $N_{+}$ и ${}_{}$N−

Числа гравитонов ($N_{+}$) и фотонов ($N_{-}$) в кварках выбраны на основе соотношения масс частиц и принципа делимости, обеспечивающего дробные заряды.

Связь с массами:

• Масса протона ($m_p=1836\cdot m_e$) равна суммарному числу диполей в его составе:

  $${\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">+</span>}^{\text{<span style="font-size: small;">общ</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">+</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">-</span>}^{\text{<span style="font-size: small;">общ</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">1224</span>}<span\; style="font-size:\; small;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">612</span>}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">1836.</span>}$$

• Масса нейтрона ($m_n=1839\cdot m_e$) включает три дополнительных диполя от антинейтрино (${\bar{\nu }}_e$):

  $$\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">1836</span>}<span\; style="font-size:\; small;">+</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">3</span>}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">1839.</span>}$$

Делимость на 6:

Числа $510$, $102$, $204$, $408$ делятся на $6$, что соответствует дробным зарядам кварков:

• $u$-кварк ($Q=+\frac{2}{3}e$):

  $$\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">+</span>}<span\; style="font-size:\; small;">-</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">-</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">6</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">510</span>}<span\; style="font-size:\; small;">-</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">102</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">6</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">68</span>}<span\; style="font-size:\; small;">\Rightarrow </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">Q</span>}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">68</span>}<span\; style="font-size:\; small;">\cdot </span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">e</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">102</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span><span\; style="font-size:\; small;">+</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">2</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">3</span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">e</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">.</span>}$$

• $d$-кварк ($Q=-\frac{1}{3}e$):

  $$\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">+</span>}<span\; style="font-size:\; small;">-</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">-</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">6</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">204</span>}<span\; style="font-size:\; small;">-</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">408</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">6</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span><span\; style="font-size:\; small;">-</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">34</span>}<span\; style="font-size:\; small;">\Rightarrow </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">Q</span>}<span\; style="font-size:\; small;">=</span><span\; style="font-size:\; small;">-</span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">34</span>}<span\; style="font-size:\; small;">\cdot </span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">e</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">102</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">=</span><span\; style="font-size:\; small;">-</span>\frac{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">1</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">3</span>}}\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">e</span>}\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">.</span>}$$

Нормировочный коэффициент:

Заряд кварка выражается через разность диполей:

$$\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">Q</span>}<span\; style="font-size:\; small;">=</span>\frac{{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">+</span>}<span\; style="font-size:\; small;">-</span>{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">N</span>}}_{<span\; style="font-size:\; small;">-</span>}}{\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">612</span>}}<span\; style="font-size:\; small;">\cdot </span>\mathrm{<span\; style="font-size:\; small;">e</span>}<span\; style="font-size:\; small;">,</span>$$

где $612$ — суммарное число диполей в $d$-кварке ($204+408$), обеспечивающее согласованность зарядов в адронах.

3. Механизмы объединения кварков

3.1. Тройки кварков (барионы)

Стабильность протона (uud) и нестабильность нейтрона (udd) объясняются компенсацией числа диполей и их поляризацией:

В протоне (uud):

Два u-кварка содержат по 204 диполя со знаком плюс (N+) и 102 диполя со знаком минус (N−).

Один d-кварк содержит 408 диполей со знаком минус (N−) и 204 диполя со знаком плюс (N+).

Диполи поляризованы так, что плюсы (N+) направлены к минусам (N−), что создаёт устойчивую систему.

В нейтроне (udd):

Один u-кварк и два d-кварка связаны через антинейтрино (νˉe), которое является ядром и слабым звеном.

При распаде нейтрона (n→p+e−+νˉe) в результате инверсии ​ диполей в одном кварке автоматически компенсируется перераспределением диполей в двух других кварках .что позволяет системе перейти в более устойчивое состояние — протон (uud).

3.2. Пары кварк-антикварк (мезоны)

Пион (π+=u+dˉ):

Q=+2/3e−(−1/3e)=+1e (кратковременная нейтрализация через обмен диполями).

 4. Распад и рекомбинация кварков

4.1. Роль электронного нейтрино (антинейтрино) в связывании кварков

Электронное нейтрино (νe) и антинейтрино (νˉe) играют ключевую роль в связывании кварков. Нейтрино состоит из трёх стерильных диполей, которые образуют "ядро", удерживающее кварки на своих "концах". Это слабое звено обеспечивает динамическую стабильность адронов:

В нейтроне (udd) антинейтрино (νˉe) связывает три кварка, но эта связь менее устойчива, чем в протоне.

При распаде нейтрона антинейтрино "сбрасывается", что позволяет системе перейти в более устойчивое состояние — протон (uud).

4.2. Тройки кварков (барионы)
Стабильность протона (uud) и нейтрона (udd) объясняется точной компенсацией числа диполей в кварках:

В протоне (uud):

Два u-кварка:

N+=510×2=1020,  N−=102×2=204.

Один d-кварк:

N+=204, N−=408.

Суммарное число диполей:

N+общ​=1020+204=1224, N−общ​=204+408=612.

Компенсация достигается за счёт чётного числа диполей, что обеспечивает стабильность протона.

В нейтроне (udd):

Один u-кварк:

N+​=510, N−​=102.

Два d-кварка:

N+=204×2=408,  N−=408×2=816.

Суммарное число диполей:

.N+общ​=510+408=918, N−общ​=102+816=918.

Полная компенсация (N+​=N−​) обеспечивает стабильность нейтрона в связанном состоянии.

4.3Аналогичная картина наблюдается в электроне и позитроне:

Электрон (e−):

N+​=102,   N−​=204.

Позитрон (e+):

N+​=204, N−​=102.

В обоих случаях чётное число диполей обеспечивает стабильность частиц.

4.4 Фрактальная структура электрона и позитрона
Электрон (e−) и позитрон (e+) обладают фрактальной структурой, состоящей из стерильных диполей. Эта структура объясняет их стабильность и свойства:

Электрон содержит 102 диполя со знаком плюс (N+​) и 204 диполя со знаком минус (N−​).

Позитрон содержит 204 диполя со знаком плюс (N+​) и 102 диполя со знаком минус (N−​).

Фрактальная структура обеспечивает компенсацию зарядов и минимальную энергию системы.

4.5 Нейтрализация электрона и позитрона

При взаимодействии электрона и позитрона происходит не аннигиляция, а нейтрализация:

Лишние стерильные диполи "слетают", сохраняя баланс зарядов.

Оставшиеся диполи формируют электронное нейтрино (νe​) или антинейтрино (νˉe​):

                              e− + e+ → νe​  (илиνˉe​). 

                                      e−+e+→νe+νˉe 

                                      μ−+μ+→ νμ+νˉμ.

                                      ττ−+τ+→ ντ+νˉτ  ,                      

 Процесс теоретически возможен и не нарушает законы физики                               

${}^{4.6\; Невозможность\; изоляции\; кварков}$

Поляризация диполей в кварках объясняет, почему свободные кварки не могут существовать:

Разделение кварков нарушает ориентацию диполей, что приводит к избытку заряда.

Вселенная компенсирует это путём рекомбинации кварков в новые адроны или их распада.

4.7 Преимущества гипотезы

Объясняет стабильность протона и нейтрона через поляризацию диполей и компенсацию зарядов.

Предсказывает, что разделение кварков энергетически невыгодно, что согласуется с экспериментальными данными.

5. Механизм распада нейтрона

Распад нейтрона (n→p+e−+νˉe) объясняется следующим образом:

Нейтрон (udd) теряет антинейтрино ,которое является ядром нейтрона и связывает три кварка (νˉe)-антинейтрино уносит три стерильных диполя.

Оставшиеся диполи в кварках быстро переориентируются (поляризуются), что приводит к компенсации зарядов.

Нейтрон превращается в протон (uud), электрон (e−) и антинейтрино (νˉe).

5.1. Фрактальная структура электрона

Электрон (e−) и позитрон (e+) обладают фрактальной структурой, состоящей из стерильных диполей. Эта структура объясняет их стабильность и свойства:

Электрон содержит 102 диполя со знаком плюс (N+) и 204 диполя со знаком минус (N−).

Позитрон содержит 204 диполя со знаком плюс (N+) и 102 диполя со знаком минус (N−).

Фрактальная структура обеспечивает компенсацию зарядов и минимальную энергию системы.

6. Стерильное нейтрино как кандидат на роль тёмной материи

Стерильное нейтрино, состоящее из стерильных диполей, является естественным кандидатом на роль тёмной материи. Его свойства — отсутствие взаимодействия с электромагнитными полями, слабое взаимодействие и гравитационное влияние — согласуются с наблюдаемыми характеристиками тёмной материи.

Энергия стерильного нейтрино в галактиках: 1−10кэВ.

В ранней Вселенной его энергия могла достигать нескольких МэВ.

 

6.1 Экспериментальные подтверждения

Отсутствие свободных кварков: Ни один эксперимент не обнаружил изолированных кварков.

Стабильность протона: Энергетический барьер для распада (>1032 лет) согласуется с моделью.

Данные LHC: Наблюдаемые джеты частиц соответствуют рекомбинации кварков.

6.2. Обсуждение

6.3. Стерильные диполи как универсальный механизм

Сильное взаимодействие: Обмен диполями между кварками.

Электромагнетизм: Обмен фотонами (N−) и гравитонами. (через внешние стерильные диполи)

Гравитация: Обмен гравитонами (N+) и фотонами. (через внешние стерильные диполи)

6.4. Преимущества гипотезы

Объясняет конфайнмент через фундаментальный принцип нейтральности.

Упрощает модель, сводя взаимодействия к обмену диполями.

Объясняет стабильность протона и нестабильность нейтрона через роль нейтрино (антинейтрино).

.

7. Заключение

Гипотеза предлагает:

Естественное объяснение конфайнмента через стремление Вселенной к нейтральности.

Унификацию взаимодействий через обмен стерильными диполями.

Новый механизм связывания кварков через нейтрино (антинейтрино), объясняющий стабильность протона и нестабильность нейтрона.