Problém kvarkov a antikvarkov

Súčasná kozmológia štandartného modelu vesmíru predpokladá, že náš vesmír je zložený z hmoty pozostávajúcej zo základných kameňov - protónov a neutrónov, ktoré tvoria jadro atómu a elektrónov tvoriacich jeho elektrónový obal. Globálne musí platiť, že celkový náboj vesmíru je rovný nule, pretože o štruktúre vesmíru by nerozhodovala gravitačná interakcia, ale elektromagnetická, ktorá je o niekoľko desiatok rádov silnejšia než gravitačná.

Z filozofického modelu nášho myslenia je nepopierateľné, že naše myslenie sa na báze slobody riadi v kontexte s kauzalitou troma dialektickými zákonmi: zákonom jednoty a boja protikladov, zákonom prechodu kvantity v kvalitu a zákonom negácie negácií. Tieto zákony sa realizujú v algoritme nášho myslenia, ktorý má túto postupnosť: zmyslový podnet, myšlienka spojená s predstavou, potom záľuba spojená so žiadosťou a slobodný súhlas v kontexte s myšlienkovou predstavou. Posledným stupňom je realizácia tj. materializácia myšlienkovej predstavy v konkrétnom telesnom výkone vo forme hovoreného a písaného slova, alebo telesného úkonu. Ak pomocou rozumových daností prídeme k záveru, že naša myšlienková predstava vedie do slepej uličky, môžeme našu myšlienkovú predstavu slobodne negovať a vytvoriť novú kvalitu novou myšlienkovou predstavou, ktorá nás môže priblížiť o krôčik bližšie k objektívnej pravde, ktorú skúmame.

V materiálnom svete sa tieto zákony uplatňujú v kontexte s kauzalitou cez prírodné zákony a fyzikálne princípy, ktoré sú vo vesmíre s jeho štruktúrami určené deterministicky, alebo v mikrosvete s jeho štruktúrami cez štatistickú pravdepodobnosť. Pretože protiklady z nášho vesmíru nemožno odstrániť, je celkom logický i predpoklad, že v súvislosti so subštruktúrou hmoty v našom vesmíre je náš vesmír vytvorený - cez zatiaľ neznámu interakciu -zo subčastíc a zo subantičastic t.j. z kvarkov a antikvarkov.

Ak prijmeme tento predpoklad, mali by sme pri opise štruktúry hmoty rešpektovať už spomínané zákony a nasledovné princípy: kvantový princíp, „horizontálny a vertikálny“ princíp symetrie s využitím Pauliho princípu a cez princíp korešpodencie aj zákon zachovania nábojovej nuly a spinu častíc a antičastíc vo vesmíre.

Pokúsme sa cez predpoklad, že vznik nášho vesmíru mal povahu kvantového javu, pri ktorom - pretože neexistoval priestor a čas so štruktúrami, ktoré sa v našom vesmíre v oblasti makroskopických a mikroskopických štruktúr vyznačujú vlastnou rotáciou tj. spinom – došlo v gravitačnom čase t=0 k interakcii žiarenie s poľom s nulovým spinom, v ktorom neexistovala žiadne súčasne známe častice, alebo antičastice.

Výsledkom tejto zmeny stavu poľa s nulovým spinom – inobytia - cez interakciu žiarenia s poľom s nulovým spinom by mal byť vznik nášho bipolárneho vesmíru – bytia - s protikladmi, ktoré pri evolúcii vesmíru viedli ku vzniku kvarkov a antikvarkov, z ktorých je vytvorená súčasná štruktúra hmoty nášho vesmíru.

Pretože došlo k zmene stavu, musel sa pri tomto fenoméne prejaviť od okamihu interakcie žiarenia s poľom s nulovým spinom fyzikálny princíp, podľa ktorého každá zmena stavu je spojená s konaním práce. Podľa poznatkov kvantovej fyziky túto prácu vykonalo žiarenie, ktorého prítomnosť pri vzniku vesmíru možno len postulovať, pričom celú fyzikálnu zodpovednosť za vznik a vývoj vesmíru prenesieme na tento postulát.

Na základe „horizontálneho a vertikálneho“ princípu symetrie v kontexte s Pauliho princípom pri vzniku bipolárneho vesmíru by malo platiť, že celkový náboj a celkový spin látkovej formy hmoty by mal byť rovný nule.

Pretože podľa Pauliho princípu každý stav fermiónov–častíc s neceločíselným spinom-môže byť obsadený najviac dvoma časticami, ktoré sa musia líšiť spinom, uplatníme tento princíp aj pri kvarkoch, antikvarkoch, neutrónoch a antineutrónoch atď., pretože kvark, antikvark, protón, neutrón, antiprotón, antineutrón, môžu vystupovať so spinom +1/2 alebo –1/2 (obr. č. 7 ).

Z poznatkov kvantovej fyziky môžeme využiť informáciu, že viazaný stav častíc s opačným spinom pri vzniku väzby je stabilnejší a s nižším obsahom energie než je stav systémov so súhlasným spinom.

Pokúsme sa na základe „horizontálneho a vertikálneho“ princípu symetrie zo základných stavebných kameňov hmoty vytvoriť obraz, ktorý by mal v sebe zakomponované subštruktúry látkovej formy hmoty a antihmoty t.j. kvarky a antikvarky. Ak nám naša mozaika sveta, ktorú hľadáme nebude súhlasiť s objektívnou skutočnosťou, musíme naše myšlienkové predstavy opustiť a hľadať nový opis a model, ktorý nás k tejto realite priblíži.

Pri našom opise budeme vychádzať z diagramu na obr. č. 7 .

Z diagramu – cez „horizontálny a vertikálny“ princípu symetrie – môžeme kombináciou kvarkov u a d a  a vytvoriť tieto častice a antičastice: neutrón, antineutrón, protón a antiprotón, so spinmi s=+1/2 a s= -1/2.

Ak kvarkom u priradíme náboj +3/2, kvarkom d náboj –1/3, antikvarkom náboj –2/3 a antikvarkom náboj +1/3, potom celkový náboj kvark-antikvarkovej štruktúry hmoty je rovný nule, pričom neutrón chápeme ako viazaný stav kvarkov 2d + u , antineutrón chápeme ako viazaný stav antikvarkov 2+ , protón chápeme ako viazaný stav kvarkov 2u + d, antiprotón ako viazaný stav antikvarkov 2+. Ak kvarkom u a d a  a priradíme spin s=+1/2 alebo s= -1/2, potom celkový spin kvarkov a antikvarkov je rovný nule a celkový spin neutrónov a antineutrónov-z ktorých môžu vzniknúť protóny a anntiprotóny, elektróny a pozitróny- je tiež rovný nule.

.

obr.č.7

Základné štruktúry látkovej formy hmoty nášho sveta sú neutróny, protóny, a elektróny. Pomocou našej kvark-antikvarkovej štruktúry hmoty máme vytvorené tieto komponenty: neutróny, antineutróny, protóny a antiprotóny.

Ak porovnáme súčasné poznatky s našim modelom, potom by to mohlo podľa nás znamenať, že elektrón je antičastica, ktorá by mala byť vytvorená cez „viazaný stav“ antineutrónov a antiprotónov s celkovým spinom s=0.

Na tomto modeli elektrónu je paradoxné to, že spin elektrónu je podľa poznatkov teórie elementárnych častíc s=+1/2 alebo s= -1/2 pričom elektrón je častica, ale podľa nášho modelu je elektrón antičastica a jej spin s „viazaný stavom“ antineutrónov so spinom s= -1/2 a antiprotónov so spinom s=+1/2 a opačne, je rovný nule.

Ako by sa v takomto modeli kvark-antikvarkovej štruktúry hmoty javila stabilná a nestabilná molekula vodíka?

Stabilná molekula vodíka by vznikla z jedného atómu vodíka ktorý obsahuje v jadre protón so spinom s=+1/2 a elektrón s viazaným stavom antiprotónu so spinom s=-1/2 a antineutrón so spinom s=+1/2. Spin prvého atómu vodíka bude teda s= +1/2. Druhý atóm vodíka bude obsahovať protón so spinom s= -1/2 a elektrón s viazaným stavom antiprotónu so spinom s=+1/2 a antineutrónu so spinom spinom s= -1/2. Spin druhého atómu vodíka bude teda s= -1/2 (viď obr.č 8). Podľa teórie chemickej väzby môžu tieto dva atómy vodíka vytvoriť stabilnú molekulu vodíka s celkovým spinom molekuly s=0, pričom sa uvolní energia číselne rovná väzbovej energii molekuly vodíka.

Nestabilná molekula vodíka by vznikla z dvoch atómov vodíka s rovnakým spinom.

.O plazme vodíka , ktorú získame ohriatím a stlačením z molekúl vodíka, ktorých stabilný stav sme vyššie opisovali je pre fúziu najpravdepodobnejšia interakcia jadier atómov vodíka, z ktorých boli vytvorené molekuly vodíka. Vieme, že plazma je z hľadiska náboja elektroneutrálna a pozostáva z protónov a elektrónov. Ako sa opíše podľa nášho modelu fúzia jadier vodíka pri stlačení a ohriatí plazmy?

Obr.č.8

Podľa obr.č. 8 pri fúzii dochádza k interakcii dvoch jadier vodíka-protónov- so spinmi s=+1/2 a s= -1/2 s dvoma antiprotónmi s rovnakými spinmi s= +1/2 a s= +1/2. Pri kompresii plazmy protón so spinom s=+1/2 (prvý atóm vodíka) interaguje s antiprotónom so spinom s=+1/2 (druhý atóm vodíka) pričom spolu anihilujú na gama plus-g⁺- žiarenie so spinom fotónov s=+1. Protón so spinom s= -1/2 interaguje s antiprotónom so spinom s= -1/2 pričom spolu anihilujú na gama mínus - g ^-- žiarenie so spinom fotónov s= -1:

Výsledkom tejto interakcie je vznik dvoch komplementárnych neutrónov s opačnými spinmi ku antineutrónom, ktoré ostali po anihilácii oboch protónov s antiprotónmi. Podľa obr.č.7 a obr.č.8 sa neutrón so spinom s=+1/2 rozpadá na protón so spinom s=+1/2 a elektrón-čo je viazaný stav antineutrónu so spinom s= +1/2 a antiprotónu so spinom s= -1/2. Neutrón so spinom s= -1/2 spolu s protónom so spinom s=+1/2 vytvárajú viazaný stav jadra deutéria, ktoré má spin s=0 :

Z horizontálneho a vertikálneho princípu symetrie vyplýva, že anihiláciu častíc a antičastíc so symetrickými stavmi kvarkov a antikvarkov z hľadiska spinu možno realizovať len vtedy, ak spin častice a antičastice má ronaké znamienko spinu.

Toto tvrdenie má závažný význam pri evolúcii vesmíru.

V kontexte s týmto princípom neobstojí tvrdenie štandartného evolučného modelu vesmíru, podľa ktorého pri vzniku vesmíru sa generovalo viac kvarkov než antikvarkov a pri anihilácii zvíťazili kvarky nad antikvarkami, z ktorých je vytvorený naš vesmír.

Z diagramu obr.č.7 vyplýva, že pri vzniku vesmíru k žiadnej anihiláci kvarkov a antikvarkov nedošlo.

Skúsme zistiť na základe diagramov obr.č.7 a obr.č.8, či je možné z pozitrónu -ako antičastice k elektrónu- a z antiprotónu vyrobiť antivodík, alebo z dvoch antivodíkových atómov s opačným spinom vyrobiť antideutérium? Situácia sa javí podľa obr.č.7 a 8 tak, že je to fyzikálne neuskutočniteľný experiment.

Teraz ponechajme naše závery o kvark-antikvarkovej štruktúre hmoty odborníkom, ktorí sa touto problematikou zaoberajú profesionálne a položme si nasledujúcu otázku. Pri akej teplote a v ktorom čase od okamihu vzniku vesmíru sa mohli vytvoriť spriahnuté stavy neutrónov a antineutrńov a z nich spriahnutie antineutrónu s antiprotónom na „elektrón“ a k tvorbe protónov z kvark-antikvarkového kondenzátu?

Pri určení času vzniku nových štruktúr z kvark-antikvarkového kondenzátu, kedy sa začali tvoriť antineutróny- neutróny s opačnými spinmi a z nich antiprotóny- protóny a elektróny, možno vychádzať zo vzťahu, ktorý určuje strednú energiu kvánt tepelného pohybu platného v štatistickej fyzike a porovnať ju s teplotou reliktného žiarenia, ktorú určuje pri expanzii vesmíru rovnica č.9:

T=E/ k=m.c²/ k

T- teplota tvorby častíc

m- pokojová hmotnosť neutrónu a protónu

k- Boltzmanova konštanta

c- rýchlosť svetla

t- čas určený z rovnice (9), ktorý je potrebný na vznik viazaných neutrónov (aj antineutrónov) s opačnými spinmi, z ktorých vznikli elektróny (s viazaným stavom antiprotónu a antineutrónu s opačným spinom) a protóny. Pre teplotu tvorby týchto častíc z uvedených rovníc možno určiť pre viazané stavy neutrónov a antineutrónov s opačnými spinmi nasledujúce hodnoty termodynamickej teploty a času:T_n=1,09. 10^{13 0}K, t_n=0,0067 sek. Pre vznik protónov možno vypočítať tieto hodnoty: T_p=1,08. 10^{13 0}K a t_p=0,0068 sek.

Tvorba jadier prvkov

Podľa diagramu obr.č.7 látková forma hmoty by nastupovala na scénu pri teplote tvorby viazaných stavov neutrónov s opačnými spinmi a ich komplementárnych antineutrónov tiež s opačnými spinmi už v čase t_n=0,0067 s, kedy teplota dosahovala-podľa vyššie uvedených výpočtov hodnotu T_n=1,09. 10^{13 0}K. Až od tohto okamihu možno uvažovať o tvorbe protónov a elektrónov (viazanom stave antiprotónu a antineutrónu s opačnými spinmi) tak, ako sme to vysvetľovali pomocou kvark-antikvarkového princípu diagramom obr.č.7-8. Z diagramu obr.č.7 by malo vyplývať, že vznik dvoch protónov so spinmi s=+1/2 a s= -1/2 je možný iba z dvoch dvojíc viazaných neutrónov so spinmi s=+1/2 a s= -1/2 a z dvoch dvojíc komplementárnych antineutrónov so spinmi s= -1/2 a s= +1/2, tak ako je to zobrazené na obr.č.7 a 8.

O neutrónoch vieme, že sú nestabílne častice so strednou dobou života okolo 15minút. Z tohto experimentálne zisteného faktu by vyplynulo, že celý proces tvorby prvkov až po urán sa musel uskutočniť v neuveriteľne krátkom čase, ak fyzikálne podmienky vo vesmíre boli také, že daný proces mohol prebehnúť. Z výpočtov uvedených v tabuľke č.1 a tabuľke č.2 možno zistiť, že fyzikálne podmienky na priebeh takto opisovaného procesu v čase tvorby neutrónov- t_n=0,0067 s, kedy teplota dosahovala podľa vyššie uvedených výpočtov hodnotu T_n=1,09. 10^{13 0}K a hustota látky bola približne 10¹³kg.m^-3 -boli priaznivé.

Ak vychádzame z poznatkov jadrovej fyziky , ktorá zistila závislosť väzbovej energie v jadrách prvkov pripadájucej na jeden nukleón od nukleónového čísla A, môžeme na základe grafickej závislosti dospieť k nasledujúcemu uzáveru: Tvorba jadier prvkov periodickej sústavy v expandujúcom a chladnúcom vesmíre prebiehala s klesajúcou teplotou  tak, že najprv sa tvorili jadrá s najväčšou väzbovou energiou pripadajúcou na jeden nukleón – železo- a posledné deutérium s najnižšou väzbovou energiou. Viazané dvojice neutrónov s opačnými spinmi, ktoré sa nezachytili v jadrách vznikajúcich prvkov sa podľa diagramu obr.č.7 rozpadnú na atómy vodíka s opačnými spinmi (obr.č.8), pričom vo vesmíre by sme mali zistiť najväčšie zastúpenie atómov vodíka.

Zo štatistickej fyziky vieme, že stredná energia kvánt tepelného pohybu je určená vzorcom: /1/

E = k.T

k- Boltzmanova konštanta

T- absolútna teplota

Ak je väzbová energia pripadajúca na jeden nukleón u jadra železa 8,79 MeV, jadra uhlíka 7,68 MeV, jadra

hélia 7,07 MeV a jadra deutéria 1,1 MeV, potom z vyššie uvedenej rovnice pre teplotu T bude platiť:

T = E/k

To znamená, že v expandujúcom vesmíre s klesajúcou teplotou sa ako prvé vytvorí jadro železa, potom uhlíka a hélia a až na záver jadro deutéria. Pri tomto tvrdení

vychádzame z predpokladu, že základné komponenty látkovej formy hmoty a to neutróny, protóny a „elektróny“ v expandujúcom a chladnúcom vesmíre už boli prítomné.

obr. č. 9

Štandartný evolučný model vesmíru s veľkým treskom má racionálny základ, ale mali by sme si uvedomiť, že vesmír ktorý nastúpil na scénu iba s prvkami vodík, hélium a deutérium a bez vznikajúcich vesmírnych makro a mikro štruktúr už od prvých okamihov jeho vzniku sa správa paradoxne. Z tohoto dôvodu je rozumnejšie prijať argumentáciu, že tvorba prvkov vo vesmíre prebiehala tak, ako sme to v tejto kapitole opisovali. Ak by naše tvrdenia boli v súlade s objektívnou pravdou, potom aj vek vesmíru je podstatne kratší (viď kapitola „Radiálna rýchlosť častíc v expandujúcom vesmíre“ ), než tvrdia autori štandartných modelov vesmiru.