Расчет параметров частиц: мезоны - теоретические массы

Выполним расчет следующих параметров: электрического заряда, спина, четности (парности), массы и, в некоторых случаях, определим состав мультиплета. Деление частиц на группы: лептоны, мезоны… связано с различием в связях и в геометрии структур, составленных из базисных зарядов, методика расчета и константы при этом не изменяются. Анализировать тысячи известных сейчас частиц не имеет смысла, в этом направлении революционных достижений ожидать не стоит, как, впрочем, и от знаменитого БАКа. 

Расчет параметров любой частицы выполняется по следующей общей методике; Из базисных зарядов формируется некоторая структура, связанная базисным взаимодействием. Такое взаимодействие возникает только между электрически заряженными базисными зарядами противоположного знака. Вычисляются суммарный электрический заряд, спин и парность. По уравнению баланса вычисляется энергии связи и масса всей структуры. Отработаем методику на тестовой частице - нейтральном π(135) – мезоне. Составим простейшую зарядовую комбинацию: (ав)А – В(ав).

Проверяем: электрический заряд равен нулю, спин равен нулю. Эта частица является парной – состоит из 6 зарядов. На рисунке изображена гипотетическая схема генерации π(135) – мезона из 3 пар базисных зарядов: Реакция в записи через базисные заряды, напоминает реакцию создания пары электрон и позитрон:

АВ + ав + ав = (ав)А – В(ав) – генерация π(135) – мезона,

АВ + ав + ав = (ав)А + В(ав) – генерация пары электрон-позитрон.

При энергии ~ 150 МэВ создаются условия для переноса базисных зарядов на внутренний радиус. Этот процесс напоминает формирование протона, но радиус взаимодействия здесь в два раза больше (сила взаимодействия зарядов в 4 раза меньше).

Уравнение баланса для одного заряда будет иметь следующий вид (учитывая симметрию двух групп, для вычисления полной массы полученный результат нужно будет умножить на два):

Полученное значение соответствует пионной единице массы, без «оболочки» (назовем его «виртуальным пионом»). Эта величина, как мы увидим в этой и следующих заметках, имеет громадное значение при синтезе самых различных частиц. Наблюдаемое значение массы получим при подстановке протонной единицы массы. Запишем это соотношение в численной форме: m = 2*939,9054042*(1/0,933012702 – 1) = 134,9643969 МэВ.

Нужно сказать, что полученное расчетное значение близко к экспериментальному:

134,9766(6) МэВ (http://pdg.lbl.gov/2015/tables/rpp2015-tab-mesons-light.pdf).

По другим источникам данные, практически, совпадают:

134,9642(38) МэВ (http://femto.com.ua/articles/part_2/2831.html).

Запишем структуры заряженных π – мезонов. Положительно заряженный мезон имеет комбинацию: (Ав)А – В(ав), отрицательно заряженный мезон: (ав)А – В(аВ).

Учитывая симметрию, можно сразу сказать, что массы заряженных частиц будут точно равны между собой.

Появление электрического заряда аналогичного знака в одной из структурных групп удваивает токи, генерирующие «оболочку». Можно предположить, что соответствующая масса, распределенная в одной «оболочке» также удвоится, тогда, опуская арифметику, масса заряженного пиона будет равна 139,5612423 МэВ, экспериментальное значение: 139,5702 МэВ. Разность масс заряженной и нейтральной частиц: 4,59684 МэВ, эксперимент 4.5936(5) МэВ.

Составим структурную схему η0- мезона.

Предположительно, η0- мезон формируют 4 связи. Одна связь аналогична нейтральному пиону, масса 4 связей равна: ~ 4*134,9644 = 539,8576 МэВ. Отсутствие электрически заряженных конфигураций косвенно говорит о заполнении всех оболочек. Тогда соответствующая «электрическая добавка» равна 2*4,597= 9,19 МэВ и полная масса ~549 МэВ. Полученная величина несколько отличается от экспериментального значения (547.862 ± 0.017 МэВ). Эта частица (η0- мезон), как и нейтральный пион, не имеет античастицы, общий электрический заряд и спин равны нулю.

Рассмотрим третью частицу, предположительно, ω(782). Гипотетическая схема этой частицы представлена ниже.

Спин античастицы равен 1, впрочем, деление на частицы и античастицы в этом случае является чисто условным. При составлении уравнения баланса, необходимо учитывать, что взаимодействуют два однотипных заряда (структура ВВ), соответственно, в правой части уравнения баланса появляется коэффициент 2. Расчетное значение радиуса равно 0,8536, масса каждого измененного заряда 161,262 МэВ и полная масса 645,049 МэВ (4 связи). Значительное отличие расчетного и экспериментального значения (782.65 ± 0.12 МэВ) указывает на некоторый неучтенный фактор. Предположим, что в оболочке формируется возбужденное состояние, эквивалентное «виртуальному» пиону. Отличие «виртуального» от «реального» пиона заключается в отсутствии у первого собственного поля ядерных сил (он является возбужденным состоянием оболочки массивной частицы). Как мы знаем, из расчета массы π(135), состоянию «без оболочки» соответствует масса 126,357 МэВ. Тогда, с учетом «добавки» двойного электрического заряда (структура ВВ) равной 10,966 МэВ, получаем полную массу ω(782) равную 782,372 МэВ и т.д.

Примечание.

1. В первом приближении (погрешность составляет десяток МэВ) вычисляется основная компонента массы, выбор коэффициентов в уравнении баланса определяется структурой зарядов. Для сложных систем η0 и ω мезонов рассмотренный вариант расчета, в части массы внешних оболочек, вероятно, является далеко не окончательным.

2. Параметры нейтрона Вы можете вычислить самостоятельно, при следующих исходных данных. Структура: Вв-А. Тогда, электрический заряд равен 0, спин -1/2. Модуль в уравнении баланса равен 2 (комплекс Вв), число связей 2, исходное расстояние между зарядами равно 1+0,5 =1,5 (базис + протон).

Ответ: 939,9054042 МэВ.

18 января 2016 г. Лебедев В.Н.