Як знайти швидкість руху протону. VIP Studio – журнал «Сучасна наука

Один із поширених методів дослідження атомного ядра— бомбардування його іншими частинками: α-частинками, нейтронами, протонами, електронами і т. д. Якщо, наприклад, потік протонів прямує до ядра, то частина з них, зіткнувшись з ядром атома, розлітатиметься по різних напрямках. За характером розсіювання протонів можна зробити певні висновки про силове поле, що оточує ядро. Чим більша швидкість протонів, тим ближче вони зможуть підходити до ядра і тим більше відомостей вони дадуть про будову ядра. Розглянемо інший приклад. Якщо на шляху електронів, що летять з величезними швидкостями поставити мішень з металевої пластинки, то електрони, стикаючись з мішенню, будуть різко гальмуватися. При цьому їх кінетична енергіябуде переходити в γ-кванти. Чим більше буде швидкість електронів, тим коротша довжина гальмівної хвилі γ- випромінювання і тим більше буде його енергія, тобто тим «жорсткішими» будуть виникаючі γ -Промені.

Внаслідок зіткнення частинок високої енергії(наприклад, швидких протонів) із ядрами атомів можуть виникнути мезони. Чим швидше рухаються частинки, що стикаються між собою, тим різноманітніші процеси, які можуть виникнути в результаті таких зіткнень. Вивчаючи ці процеси, вчені отримують дедалі більше відомостей про будову матерії. Багато цікавих процесіввідбувається в земній атмосферіпід впливом космічних променів. Космічний простірутворює як би гігантську лабораторію, звідки ми весь час черпаємо нові дані про властивості та поведінку найдрібніших «цеглинок» матерії. Космічна лабораторія, однак, має великий недолік — стихійність процесів, що відбуваються в ній. Дослідник повинен чекати, поки випадково не нападе на процес, що його цікавить. Для детального вивчення процесу потрібно вміти керувати ним і штучно його викликати в лабораторних умов. Для цього необхідно мати лише досить швидкі елементарні частинки. Байдуже, чи маємо ми справу зі швидким протоном, джерелом якого є космічні промені, або ми маємо справу з протоном, який ми отримали на спеціальних установках, що прискорюють протони. Процеси, спричинені ним, будуть в обох випадках однаковими.

До 1930 р. електрони та протони прискорювали за допомогою високої напруги. У такому прискорювачі електрони набували енергії до мільйона електронвольт.

Вже в перших циклотронах протони могли набувати майже в 25 разів більшої енергії. (Циклотрон був винайдений 1930 р.) Спрощена схема циклотрону представлена ​​на рис. 43. Основні елементи циклотрону: електромагніт постійного струму, вакуумна камера, яка міститься в зазорі магніту, іонне джерело та прискорювальний пристрій. Пристрій складається з круглої металевої коробки, розрізаної навпіл (дуантів), і генератора змінної напруги. У циклотроні протони прискорюються періодично змінюється електричним полему щілини між дуантами. Завдяки наявності магнітного полявсередині дуантів протони рухаються спіральною траєкторією. З кожним проходженням зони прискорення енергія протонів зростає. Здавалося б, таким шляхом протони можна прискорювати до скільки завгодно великих енергій. Насправді, це не так. Справа в тому, що коли кінетична енергія протонів у циклотроні наближається до 20 Мев,їхня швидкість буде вже 60 000 км/зек.Маса такого протона на 2% більше масиспокою. Через масу, що збільшилася, швидкі протони більше не встигають вчасно прийти в прискорювальну зону. На той час, як протони, що запізнилися, досягають прискорюючої зони, напруга там уже спадає, і прискорення їх більше не відбувається.

Щоб прискорювати елементарні частки до великих швидкостей, необхідно під час конструювання прискорювача враховувати закони теорії відносності. Особливо великі заслуги у створенні теорії сучасних прискорювачів належать радянському фізикулауреату Ленінської премії академіку В. І. Векслер.

Щоб отримати уявлення про сучасні прискорювачі, наведемо деякі дані про синхрофазотрон, який працює в Об'єднаному інституті ядерних досліджень у м. Дубні. Цей прискорювач повідомляє протонам енергію до 10 000 Мев(10 10 ев).Швидкість протонів у прискорювачі досягає приблизно 298 000 км/сек,а їх маса в 10 разів більша за масу спокою. Такі швидкості вже можна порівняти зі швидкостями космічних частинок. Тому синхрофазотрон іноді називають коглядоном. Для придбання енергії 10 10 евпротони повинні зробити в синхрофазотроні 4,5 мільйона оборотів по колу діаметром 56 м. Це означає, що протони повинні пройти шлях завдовжки 800 000 км, при цьому вони не повинні помітно відхилятися убік. Звідси видно, з якою точністю необхідно враховувати всі особливості руху протонів, зокрема і збільшення їхньої маси у разі зростання швидкості. Навіть незначна похибка в конструкції установки, що відхиляє протони від шляху, може порушити нормальну роботу синхрофазотрона. У Радянському Союзі зараз будується прискорювач протонів, розрахований на енергію від 50 000 до 70 000 Мев.Швидкість протонів у таких прискорювачах становитиме понад 99,99% швидкості світла.

До величезних швидкостей вдалося розігнати електрони на сучасних прискорювачах. Так, наприклад, на циклічному прискорювачі електронів Кембриджського університету (США) енергія електронів досягає 6000 Мев, діаметр цього прискорювача близько 50 м. Швидкість електрона, що володіє такою енергією, становить 99,9999996% швидкості світла, а маса в 12 000 разів більше маси електрона, що спочиває! Це вже близько до краю. Успіх створення ще потужніших прискорювачів за старими принципами стає сумнівним. Апаратура стала б занадто складною і громіздкою. І знову допоможе приходить теорія відносності, вказуючи шлях отримання ще більших енергій.

У Сибірському відділенні АН СРСР (у Новосибірську) пущено прискорювач, у якому стикаються електрони з енергією до 70 000 Мев.Ця енергія більш ніж у 10 разів вища за ту, що дає кембриджський прискорювач. У той же час діаметр новосибірського прискорювача лише трохи більше 2 м. Як це вдалося здійснити? В принципі дуже просто: фізики змушують стикатися два пучки електронів, енергія кожного всього 130 Мев.Внаслідок зіткнення виходять електрони з енергією 70 000 Мев.Такий неймовірний результат є одним з ефектів теорії відносності.

Енергія спокою електрона m 0 з 2складає близько 0,5 Мев.За допомогою формули (7) неважко обчислити, що швидкість електрона з енергією 130 Мевскладає 99,9993% швидкості світла. Нехай стикаються два такі пучки. Згідно з релятивістським законом складання швидкостей (2), відносна швидкістьпучків дорівнює 99,999 999 998% швидкості світла. Підставляючи значення цієї швидкості формулу (7), зможемо обчислити енергію, з якою відбуваються зіткнення електронів. Це і дасть саме 70 000 Мев.Використання законів теорії відносності дозволило значно підвищити ефективність прискорювача та суттєво зменшити його розміри.

У Новосибірську запущено також прискорювач (поперечні розміри прискорювача всього 5 м) , в якому стикаються прискорені до 700 Мевелектрони та позитрони. У прискорювачі відбувається зіткнення електронів та позитронів з енергією до 2 000 000 Мев.Це фантастична енергія. Швидкість електронів такої енергії відрізняється від швидкості світла вже настільки мало, що у вільному польоті електрон відстав від світлового сигналу протягом року менше ніж на 1 мм. Якби ми надумали отримати електрони з енергією в 2 000 000 Мевза допомогою лінійного прискорювача, то довелося б побудувати прискорювач завдовжки сотні кілометрів. Чи потрібні ще очевидніші підтвердження практичного значеннятеорії відносності?

За Ацюковським: "Магнітне поле саме собою ніяк не може вплинути на орієнтацію електрона внаслідок взаємного врівноваження всіх сил, що впливають на електрон з боку поля, причому незалежно від структури самого магнітного поля та переважання в ньому кільцевої або поступальної складової руху ефіру."

"При відсутності магнітного поля, тобто при відсутності зовнішніх потоків ефіру, електрони у провіднику знаходяться в тепловому русі, Середнє становище їх основних осей розподілено у просторі поступово. Положення не змінюється, якщо через провідник проникають потоки ефіру, оскільки в будь-якому положенні не був електрон, всі моменти тиску навколо нього будуть врівноважені.

Зовнішні потоки ефіру – зовнішнє магнітне поле – кожному електроні створюють тиск гальмування з того боку електрона, яка звернена до потоку. Відповідно до законів газової механіки на цій стороні утворюється ущільнення газу, проте надлишок цього тиску, що створює момент сили, що намагається повернути електрон, врівноважується таким самим моментом сили тиску на іншій ділянці того ж електрона. Якщо ж провідник починає рухатися щодо потоків ефіру, то симетрія моментів порушується." - Не зовсім правильно - на орієнтацію все ж таки впливає. магнітним моментомпо полю (щоб тиск був мінімальний). Він "дутиме" ефіром з дірки в тому ж напрямку, що й вектор магнітної індукції у зовнішньому полі.

На малюнку зображено заряджену частинку (протон) у перерізі: один напівлубик і другий напівбулик. Кільцеве обертання лежить у площині ліній магнітного поля. Як видно, якщо одна половинка притягується полем, то друга відштовхується. Взаємно перпендикулярні потоки не взаємодіють.

В області 1 має місце тяжіння вихорів за рахунок потоків ефіру в площині малюнка (тороїдальне обертання протона взаємодіє з обертанням силових лінійполя: рожеві та сині лінії), але відштовхування за рахунок обертання газу (кільцеве обертання протона взаємодіє з поступальним рухом силових ліній поля: F до фісташкові та чорні лінії), оскільки напрямок потоків газу, що сполучаються, однаково – у строну, перпендикулярну площині малюнка. В області 2 – все навпаки – відштовхування вихорів відбувається за рахунок обертання потоків ефіру в площині малюнка (рожеві та сині лінії), а тяжіння – за рахунок протилежного спрямуваннярухів газу в площині, перпендикулярній площинімалюнка (фісташкові та чорні лінії). Якщо відповідно до принципу Максвелла енергії за ступенями свободи розподіляються рівномірно, то

і для існування електрона (протона) у вільному ефірі можна стверджувати, що лінійні швидкостікільцевого та тороїдального рухів ефіру на поверхні електрона рівні і, отже, частинки ефіру в тілі електрона (протона) рухаються гвинтовою лінією з нахилом гвинта близько 45°.

Приберемо з малюнка врівноважені сили і побачимо, що кільце має розвернутися:

Тривимірне зображення діючих силвиглядатиме так:

На малюнку всі сили тепер врівноважені та діють на протон "всмоктувально". Тому, якщо електрон потрапляє в область, де існують будь-які потоки ефіру, то оскільки градієнт швидкостей збільшується, тиск на поверхні протона падає, і вихрове кільце збільшується в розмірах.

Положення рівноваги порушується, якщо зовнішньою силою, Наприклад, електричним полем, протону (електрону) надано поступальний рух зі швидкістю u рух. Цей рух має відбуватися не паралельно магнітним лініям, В ідеалі – перпендикулярно їм. У цьому випадку до швидкості потоку ефіру в електричному полі u до поверхні кільця додається швидкість поступального руху.

Збільшення швидкості викличе зниження тиску та всмоктувальну силу на одній стороні та підштовхуючу силу на другій стороні електрона.

Сила, що діє на еквівалентну поверхню електрона (протону) S екв, визначиться як

що відповідає закону Лоренцадля заряду, що рухається в магнітному полі. При цьому, як видно з малюнка, напрям сили перпендикулярно до напрямку руху частинки. (Можна порівняти цей механізм з ефектом Магнуса, коли циліндр, що обертається, будучи приведений в поступальний рух, злітає.) Тепер можна визначити, як закручені потоки ефіру в електроні і протоні:

Як і очікувалося, протон має правовинтове обертання ефіру своєї поверхні.

і свідчить про те, що левова часткамолекул у тороїді дисаціровані на атоми.

За законами гіперчастотної механіки, яка прийшла на заміну квантової механіки, в осьовому потоці здійснюється гіперчастотна взаємодія між частинками, як між вільними осциляторами, а характеризується ця взаємодія наступними параметрами:

Діаметр глобул, середня відстань між частинками в осьовому потоці тороїда.

Частота взаємодії протона з оточуючими частинками в потоці,

де ψ = 2,082 9898∙10 10 До -1 з-1 = const -частотна постійна гіпер-частотна механіка.

Швидкість руху частинок осьового потоку в площині перпендикулярній осьовому потоку,

по кутку 2 π , складає u p:

З рівнянь (12) - (15) випливає, що протон осьового потоку одночасно має два види руху: зі швидкістю υ він рухається замкненою круговій трасі, а зі швидкістюuвін здійснює поперечні переміщення. При цьому його повна енергіяE i, виражається рівнянням загального вигляду:

де m- маса середньої частки у потоці, оскільки у ньому всі частинки мають однакову лінійну швидкість.

У тороїді швидкість частинок досягає значенняυ´ 2:

За такої швидкості осьового потоку швидкісний напір становить величину P υ :

яка вище межі міцності природного алмазувn = 7,4∙10 9 разів!

Побачивши швидкість протона υ 2 = 3,899∙10 14 м/с, у фізиків, які працюють на прискорювачах, виникне різке заперечення – ні, цього не може бути! А у нас до них – питання: чому цього не може бути? Цілком очевидно при цьому, що фізики мають лише одну відповідь: не дозволяє їм мати таку високу швидкість дядечка А. Ейнштейн! Але така відповідь викликає у нас таке запитання: на чому ґрунтується заборона Ейнштейна? І знову у фізиків тільки одна відповідь: звичайно ж на відомою формулоюХ. Лоренца від 1904 року:

(21)

де m 0 - маса тіла у спокої, m i - маса цього ж тіла в русі зі швидкістю υ , а з - швидкість світла у вакуумі.

Але, панове фізики старої школи, дана формулаЛоренца являє собою фізико-математичну абракадабру, що грубо суперечить закону збереження речовини, оскільки безсоромно стверджує, що рух перетворюється на масу. А ще в середині XVIII століття М.В. Ломоносов відкрив закон збереження речовини, сформульований ним словами: «скільки речовини в одному місці убуде, стільки його в іншому місці прибуде!» А через 18 років, незалежно від Ломоносова, цей закон був відкритий А. Лавуазьє та експериментально ним же доведений (1774). До теперішнього часу, ось уже понад 250 років, у жодній науковій лабораторії світу не було підстави засумніватися у його справедливості. Це по-перше.

По-друге, можна у вас запитати: а до чого тут швидкість світла? Чому швидкості руху протонів та іонів у прискорювачах,υ iі u i, Ця формула прив'язує до швидкості світла у вакуумі? Адже цілком очевидно, що світло до даному процесуне має абсолютно жодного відношення, за винятком того, що може стати побічним продуктом взаємодії частинок в гіперчастотному режимі на осі тороїда.

По-третє, ні Лоренц, ні Ейнштейн, і ніхто з вас, панове фізики старої школи, не знав і не знає ні структури природного світлані природу його генерації, ні енергію, яка керує променем світла і надає фотонам крокової швидкості (швидкість поширення в просторі)з= 2,9979∙10 8 м/с . До появи ОЕТФ у фізиці взагалі було ніякого обгрунтування швидкості поширення світла, лише емпірично вдалося встановити швидкість поширення білого світлаа швидкість поширення монохроматичних пучків природного світла досі залишалася ніким не виміряною.

По-четверте, у межах єдиної теоріїфізики встановлено, що швидкість поширення променів природного світла є функцією кроку фотона (довжини хвилі λ i - за старою термінологією) та описується формулою:

а 21.05.2008 експериментально встановлено, що швидкість розповсюдження синіх променівменше швидкості світла, з 0, на 20,7%, зелених променів - на 41,5%, червоних - на 85,1% при вимірах у середовищі атмосферного повітря. При цьому, якби вдалося виміряти швидкість розповсюдження інфрачервоних променівз крокомλ 1 = 1∙10 - 6 м і γ - променів, випромінюваних радіоактивним ураном, з крокомλ 2 = 2,398∙10 - 10 м , то ми б отримали:

(23)

Ну і, нарешті, звернемося до злощасної формули Х. Лоренца (21) і зробимо з нею кілька перетворень:

	(26)

А тепер врахуємо результат (25) та взаємозв'язок швидкості поширенняi- ого променя, з i, з орбітальною швидкістюфотонів у цьому промені,u i, коректно отриману в ОЄТФ

Як бачимо, формула привела нас до абсурду – маса електрино нібито стає уявною. Математично це саме так, але при цьому (28) повністю відсутня фізичний сенс, Бо електрино та електрон - першоцеглини матерії, вони незнищенні і неподільні! Результат (28) є свідченням того, що Лоренц припустився грубої помилки при перетворенні координат. Адже перетворення координат, за 300 років до Лоренца, вже зробив основоположник наукової фізики ГалілеоГалілей і абракадабру (21) він отримав, оскільки виконав перетворення безпомилково, що свідчить ефект Доплера, що з його перетворень.

Повертаючись до результату (27), зауважимо, що в рамках єдиної теорії маса тіла, що рухається, не залежить від швидкості руху і, отже, другий член у дужках звертається в одиницю, і ми отримуємо:

(29)

з чого випливає: швидкість рухуi-ого тіла, з масоюm i, жодним чином не пов'язана зі швидкістю світла, з!

У нової теоріїфізики встановлено, що немає маси без заряду і заряду без маси, бо заряд і як електрона, і електрино, являють собою дві невід'ємні властивості першоцеглинок матерії, які сталість обумовлює все закони збереження (речовини, заряду, енергії, імпульсу, сили , моменту сили тощо).

З 1932 року у центрі уваги фізиків перебуває загадковий об'єкт- нейтрино, позбавлений заряду і маси, але має енергію! Сьогодні, у рамках нової теорії, нічого таємничого за цією частинкою не залишилося, бо коректно доведено, що нейтрино - це електрино, що рухається від місця генерації траєкторією першого порядку, тобто. прямої лінії. У цьому швидкість середнього нейтрино від Сонця становитьυ ν = 10 20 м/с, а нейтрино зі швидкістюυ ν ≥ 10 24 м/спри зіткненні з молекулами повітря в атмосфері Землі, розбивають їх вщент, тим самим породжуючи так звані атмосферні лавини, які стали відправною точкою для народження «фізики елементарних частинок», яку правильніше називати «фізикою уламків атома», абсолютно позбавленої будь-яких перспектив.