2.4. Мюоны

Мюоны – это промежуточные состояния распадающихся микрочастиц, входящих в состав ядерных оболочек. Мюоны имеют в системе СИ электрический заряд со спином ћ/2, время жизни 2,2 х 10^—6 с и массу в ~207 раз больше массы покоя электрона, т. е. 105,66 Мэв. Структура и механизм индукции массы аналогичен процессам, происходящих в электроне. Абсолютное значение электрического заряда соответствует заряду электрона и позитрона. Структуры микрочастиц типа электрона и мюона – это основные структуры, образующие оболочки атомов и ядер, способные уже, в отличие от мезонов, существовать самостоятельно от связей в ядре со спином 1/2 более длительное время. В процессах распада мюонов рождаются электроны, позитроны и сопровождающие его соответствующие нейтрино и антинейтрино. Комптоновская длина волны мюонов в 207 раз меньше, чем у электронов, но в 10 раз больше чем у нейтронов. Дебройлевская длина волны тепловых мюонов соизмерима с аналогичным параметром внешних оболочек тепловых протонов, поэтому процесс захвата ими мюонов идёт легко с образованием малых по размеру мезоатомов, отличных по свойствам от атомов водорода.

Основными источниками производства мюонов в природе являются процессы, которые происходят при столкновениях солнечных протонов с ядрами атомов газов, наполняющих атмосферу. Механизм производства – ионизация ядерных частиц (типа мезонов), образующих оболочки ядер атомов и последующий их распад в более долгоживущие частицы с тем же спином, т. е. в мюоны со знаком плюс и минус. Другие процессы, приводящие, в конечном итоге, к мюонам – это рождения пар – мюонов фотонами высоких энергий в верхних слоях атмосферы, а также в мантии Земли при распаде ядер. На уровне моря мюоны образуют основную компоненту до 80% от всех частиц космического излучения. Мюоны регистрируют в глубине мощных слоёв континентальной поверхности Земли. В подземных экспериментах мюоны регистрируются на глубине в несколько километров. Находясь в плотных слоях грунтов континентов, мюоны захватываются ядрами атомов на возбуждённые орбиты мезоатомов, затем следует каскадный переход на К-оболочку этого мезоатома и последующий ядерный захват мюона, приводящий к соответствующей ядерной реакции. Экспериментальные данные показывают, что во всех известных взаимодействиях мюоны проявляют себя также как электроны и позитроны, отличаясь от них лишь массой. По этой причине мюоны можно рассматривать как «тяжелые» электроны, которые заменяют последних при образовании мюонных веществ и минералов в плотных слоях мантии, где практически отсутствует свободное пространство и всякое поступательно-колебательное движение ядер атомов. Энергетически тепловое проявление таких процессов выражается лишь вращением (рождением ротонов) вокруг собственной оси. Поэтому распад нейтральных ядер и нейтронов идет с образованием заряженных ядер и мюонов. Электроны, имеющие размер в 207 раз больше мюонов, не способны образоваться в условиях даже верхней мантии.

Для исследований конденсированного состояния вещества с помощью мюонов и мезонов построены мезонные фабрики-ускорители для получения пучков высокой интенсивности.

Свойства мюонов достаточно полно изучены, а в особенности при исследованиях явлений мюонного катализа¹⁸⁵, т. е. холодного синтеза ядер изотопов водорода при катализном участии отрицательных мюонов с образованием нейтронов и изотопов гелия, и выделением значительной энергии 17,6 Мэв, а за время жизни мюона – 2,5 Гэв. Физическая картина мюонного катализа ядерных реакций – практически значимого физического явления холодного ядерного синтеза – выглядит очень просто и состоит в следующем. Находящийся в водородной среде, содержащей ядра изотопы дейтерия и трития, свободный мюон образует сначала мюонный атом, а затем и мезомолекулярный ион. То есть в этом процессе образуется сначала мезоатомный тритон, а затем мезомолекулярный дейтерий-тритиевый ион. На фото 2.21 (вверху) ядро трития, соединяясь с мюоном (расположен посередине), превращается в мезоатом, размеры которого в семь раз больше его ядра. Далее взаимодействуют два противоположных электрических заряда мюона и дейтрона (фото 2.21, внизу). Мезоатом поглощает своим объёмом очень маленькое по сравнению с ним ядро дейтрона. Ядра трития и дейтрона объединяются таким образом, что начинают взаимодействовать их внешние вихроны. Между этими вихронами идёт соответствующая ядерная реакция синтеза, т. е. слияние магнитного монополя внешней оболочки трития с магнитным монополем внешней оболочки дейтерия (посредством и законами слияния монополей одного знака) с выделением 17,6 Мэв и образованием продуктов реакции в форме альфа-частицы и нейтрона. При этом происходит освобождение мюона и цепочка описанных превращений повторяется до момента распада мюона. Как проверено практикой, число таких актов может доходить до 150 с выделением суммарной энергии около 2500 Мэв. Однако основная проблема применения такого процесса связана с источником мюонов. Для создания необходимых мюонов и их рабочих параметров необходимы установки соизмеримые по энергозатратам с вырабатываемой в этом процессе.

Фото 2.21. Захват зонтиком волновода мюона (посередине) ядра трития (слева) с образованием нейтрального мезоатома тритона, который затем захватывает дейтрон (справа) с рождением дейтерий-тритиевого мезомолекулярного иона (внизу слева в возбуждённом состоянии) и с последующим вылетом продуктов реакции – нейтрона (внизу справа) и альфа-частицы.

Решение этой проблемы¹⁸⁶ было найдено в последние годы в рамках пионерских работ по холодному ядерному синтезу (LENR). Поэтому и практический интерес к мюонному катализу диктуется лёгкостью получения ядерных частиц со структурой мюонов в таком процессе, способных в конденсированных средах (жидкость, металл) на специальных электроразрядных установках производить тепловую и электрическую энергию. И это реально сделать даже на установке¹⁸⁷ А. В. Вачаева «Энергонива-2» и реакторе С. В. Адаменко. Именно в условиях работы этих установок рождается достаточный поток в режиме ионизации частиц-структур типа мюонов, входящих в состав ядерных оболочек со структурой мезонов, плазмоидом в протекающем потоке воды (конвертор) или в кристаллической решётке меди анода Адаменко. При очень низких энергозатратах идут ядерные реакции, но не с рождением нейтронов¹⁸⁸ и гелия, а с рождением ядер других стабильных химических элементов в том числе дейтерия и трития в воде.

Этот процесс аналогичен ионизации электронов с атомных оболочек.

Применение реальных объёмных структур мюона, мезонов, ядер трития и дейтерия во многом упрощает понимание физических процессов холодного ядерного синтеза (фотоэффект-кумулятивная имплозия¹⁸⁹) и деления тяжёлых ядер (зарождение нового ядра внутри большого старого и его вылет-взрыв-эксплозия, деление старого).

Фазовое пространство мюона аналогично структуре электрона, но во много раз меньше его по размерам.

Фото 2.22. Схема распада мюона

Поэтому распад мюонов (фото 2.22) происходит через промежуточное состояние с полуцелым спином. Мюоны при распаде превращаются в соответствующие по знаку частицу – электрон или позитрон с сопровождением вылета двух соответствующих нейтрино. В соответствии с уменьшением внутренней энергии, у образовавшейся промежуточной частицы увеличивается радиус полусферы волновода её фазового микропространства. «Замороженные» спиральные волноводы бывшего мюона уже без вихрона становятся мюонным нейтрино (антинейтрино) – по крайней мере, на время распада их можно считать компактифицированными частицами, которые, отбирая соответствующую долю кинетической энергии, покидают место распада. Новая промежуточная частица нестабильна и распадается, её вихрон покидает созданное фазовое пространство, которое превращается в электронное антинейтрино (нейтрино). Вылетевший в электрическое поле частицы промежуточного состояния запертый магнитный монополь формирует уже резонансно-стабильное фазовое пространство электрона (или позитрона), отдавая излишнюю энергию в кинетической форме электронному антинейтрино (нейтрино).

Масса покоя мюона, как и у электрона и позитрона, проявляется гравпотенциалами отброшенных волноводов, созданным вновь при разрядке гравитационного монополя. Заряжается гравмонополь вращательным движением полярного магнитного монополя к центру-полюсу полусферы электропотенциалов волновода со спином 1/2.

Мюоны в связанном состоянии, как и электроны в атомах, могут входить в состав атомно-ядерных оболочек мезоатомов.

Мюонные коллайдеры занимают промежуточное положение между электронными и протонными, и считаются очень перспективными в исследовании свойств бозонов Хиггса. Поэтому и началось проектирование, и создание мюонных коллайдеров. В таких коллайдерах одной из трудностей получения высокой светимости является наличие бетатронных колебаний, которые приводят к отклонению частиц от равновесной орбиты и расширению пучка. При создании таких ускорителей или коллайдеров мюонов главными проблемами являются: рассеяние, не монохроматичность пучков мюонов, быстрый распад ускоряемых частиц. Время жизни μ+μ- при досветовой скорости составляет 2,2 мкс – это тоже проблема для создания мюонного коллайдера. Удлинению жизни мюонов якобы способствует эффект увеличения их времени жизни на релятивистских скоростях. По расчётам СТО при кинетической энергии до 57 Гэв время жизни увеличивается с τ = 2,2 мкс до t = 1,19 с. Однако, во-первых, экспериментально этот эффект реализовать не удастся вследствие уже имеющейся практики создания тау-лептона (время жизни 2,9 х 10^—13 секунды), которая и указывает отсутствие механизма увеличения времени жизни мюона. А во-вторых, времени, как и массы в природе нет вообще, а есть превращения частиц с увеличением их внутренней энергии. Отсюда, по расчётам САП мюоны должны быть получены, сформированы в пучок-сгусток и ускорены до конечной энергии меньше чем за несколько миллисекунд (в лабораторной системе отсчета). При этом они успеют сделать до тысячи и более оборотов в кольце накопителя перед своим распадом. Так ли это на практике – покажет работа мюонных коллайдеров.

А реально происходит следующее. Когда скорость мюонов почти достигает скорости света, дальнейший разгон частиц становится невозможен, но начинает расти их масса-внутренняя энергия. Первичная частица меняется, что изменяет и её внутренние параметры, в том числе и время жизни, как, например, у тау-лептона. А полная энергия складывается из энергии движения, переданной частице ускоряемым внешним переменным электрическим полем в электронвольтах (эВ, Кэв, Мэв, Гэв) и внутренней энергии при квантовом переходе при 1784 Мэв в заряженный тау-лептон, мезон или бозон, а расчёт и изменение внутренней энергии заряженной одноконтурной частицы идёт по формуле Планка, т.е. произведением его фундаментальной константы на частоту излучения четверть-волноводов магнитным монополем ГЭММ. При столкновениях появляется возможность объединения одноконтурных противоположных частиц с полуцелым спином в частицы с целым спином, типа π⁰-мезоны, Z⁰-бозоны, заряженные π-мезоны, W-бозоны, и безмассовые бозоны. Ускоряясь в электрическом поле, мюон, как и электрон, поэтапно превращается в заряженный тау-лептон, а при встречных соударениях (суммарная скорость = двум скоростям света) с аналогичными продуктами ускоренных мюонов путём осевой имплозии, переходящей сгустками в центральную имплозию, и рождаются, более тяжёлые мезоны, бозоны и продукты распада.