Ezt az eredményemet publikáltam a Galilean Electrodynamics (USA) folyóiratban, 2006 őszén:
A radiációs modell pontosítása, atomtömegek kötési energiáinak kiszámítása néhány ezrelékes relatív pontossággal. A modell egyetlen illesztési paramétert tartalmaz, a Q-fizikában felismert centrális fizikai jelentőségű Q = 2 / 9 dimenziótlan számot:
A nagyszámú, közel 2000 semleges atom (izotóp) kísérleti tömegadatait atomi egységekben (a.u.) a következő szöveges file tartalmazza. A megadott szöveges formátum lehetővé teszi az adatok egyszerű bemásolását EXCEL file-ba, vagy közvetlenül felhasználható egyébb magmodell számításokban:
Sarkadi Dezső
okleveles fizikus
Vélemények,
észrevételek:
[email protected] ; [email protected]
Az atommag
fizikája egyetemista korom óta különösen
érdekelt, tudva azt, hogy az atommagnak a mai napig nem
létezik egzakt elmélete. Fejembe vetem, hogy előbb, vagy
utóbb, de meg fogom oldani ezt a megoldhatatlannak tűnő
feladatot. Kezdettől fogva erős meggyőződésem volt,
hogy az atommag sokkal egyszerűbb rendszer, mint maga az
atomhéj, illetve az atomokból felépülő
molekulák (az élet építőkövei).
Az atom
és
atommag szétválasztása eléggé
mesterkélt, de ennek csupán történeti okai
vannak. Az atom
(atomhéj) fizikájának megértési
lehetőségét a Bohr-féle atommodell csillantotta
meg. A kvantummechanika 1925. évi megszületése
felgyorsította az atomhéj fizikáját, sőt
már egészen korán sikerült értelmezni
a hidrogén molekula kovalens kötését is,
amelyre a klasszikus fizika képtelen volt.
Az atommag fizikája kissé késett, de két fontos dolognak köszönhetően felgyorsult: Aston már 1919-ben, Angliában kidolgozta a tömegspektrometriát, amely lehetővé tette az atomok, és ezen keresztül az atommagok tömegének pontos kimérését. Einstein híres E = mc2 képlete alapján lehetővé vált az egyes atommagok kötési energiájának meghatározása, mely szokatlanul nagynak adódott. Ugyancsak Angliában, viszonylag későn, 1932-ben fedezi fel Chadwick a neutront, és csak azóta tudjuk, hogy az atommagok protonokból és neutronokból állnak (ezek tömege közel egyenlő). A neutron felfedezésével a magfizika fejlődése felgyorsult, fejlődött a kísérleti technika és az elmélet is.
A következő évek kutatásai igazolták, hogy az atomhéjra már sikeresen alkalmazott kvantummechanika érvényes az atommagra is. 1939-ben, Németországban Hahn és Strassmann felfedezi az urán mag hasadását. Fermi is értesül erről az eredményről még Olaszországban, és kulcsfontosságú kísérleteket végez lassított neutronokkal. A háború kitörése és a Németország kezdeti győzelmei arra késztetik a közben USA-ba emigrált fizikusokat, hogy figyelmeztessék az amerikai politikai vezetést a feltételezett német atombomba kutatásokra és annak veszélyeire. Megszületett a politikai döntés, melynek következtében 1942. december 2-án Chicagóban sikeresen elindították a világ első atomreaktorát. A háború végére elkészült és sikeresen kipróbálásra került az USA-ban az első atombomba, mely döbbenetes hatással volt nemcsak a fizikusokra, hanem az egész amerikai katonai-politikai gépezetre is. Sajnálatosan 1945 augusztusában az atombomba két bevetésére került sor Hirosimában és Nagaszakiban. Elkezdődött az atomkorszak, melynek pozitív eredményei közül itt csak kettőt említünk: egyrészt az atomenergia békés felhasználása ma már világszerte elterjedt, másrészt az atomhatalmak megegyezésre kényszerültek az esetleges atomháború súlyos következményeivel számolva. A negatív hatás az, hogy ma már egyre több ország törekszik az atomfegyverek megszerzésére, vagy megvalósítására, mely óriási veszélyt, kockázatot jelent az emberiség fennmaradására.
Az atomenergia sikeres felszabadítása viszont messzi nem jelenti azt, hogy az atommagot, az erős kölcsönhatást megértettük és pontosan ismerjük. Sok ismeret gyűlt össze az idők folyamán, részben a kísérletek, részben az elméleti kutatások következtében, de még ma is távol vagyunk attól, hogy az atommagot megértsük, komplett fizikai leírását meg tudjuk adni. A fizikusok előtt példaként állnak a sikeres fizikai elméletek: a Newton-i mechanika és gravitációs elmélet, Maxwell elektromágneses elmélete, Einstein relativitáselmélete és nem utolsó sorban a kvantummechanika. Ezek mindegyike precíz matematikai alapokon álló axiomatikus elméletek, melyek segítségével az ismert fizikai jelenségek jelentős része pontosan és kielégítően értelmezhető. A hatvanas évek csoportelméleti (matematikai) kutatásai elvezettek a nukleonokat felépítő kvarkok felfedezésére, melyek létezését a nagyenergiájú gyorsítókkal is igazolni lehetett. Kiderült, hogy az atommagokat összetartó erős kölcsönhatásért a kvarkok a felelősek, az erős kölcsönhatás erőtere a kvantumszindinamika elmélete (QCD) szerint a "gluon-tér" (ragasztó-tér).
A QCD, mely a kvantumelektrodinamika egyfajta általánosítása, a több évtizedes fejlesztés és a hatalmas anyagi ráfordítás ellenére eddig csak részsikereket tudott felmutatni, jellemzően a mai napig sem sikerült vele egy egyszerű atommag tömegét, illetve gerjesztési energiáit kiszámítani. Az átütő siker hiánya miatt a fizikusok előre menekültek, ma már a slágertéma a kölcsönhatások egyesítése. A nagy cél a gravitáció elmélettel történő egyesítés, amivel még Einstein is próbálkozott, érthető módon akkor neki sem sikerülhetett. Az egyesítési irányában kezdetben a húrelméletekkel próbálkoztak, jellemzően a hetvenes években, amelyek rendkívül bonyolult matematikai modellekre vezettek. A másik fő irányt a különböző "mértékelméletek" jelentik, ennek egyik megjósolt eleme a tömegért felelős Higgs részecske, és amelynek megtalálásáért indult el 2008 szeptember 10-én a világ legnagyobb részecskegyorsítója, az LHC (Large Hadron Collider) Svájcban. A svájci CERN laboratórium Genftől északra, a svájci-francia határ közelében helyezkedik el, amely évtizedek alatt az európai országok túlnyomó többségének részvételével fejlődött fel a mai figyelemreméltó szintjére. A CERN már eddig is jelentős sikereket ért el az elemirész fizikában, többek között Nobel díjak is születtek.
A jelen munkában alternatív utat követek az erős kölcsönhatás elméleti modellezésére, amely már eddig is sikeresnek bizonyult, biztató kezdeti eredményekkel. Véleményem szerint a mai elemirész fizika és konkrétan a magfizika elméletei szükségtelenül túlbonyolítottak, a munkámmal ezt próbálom bizonyítani.
Életem során eddig igazán két fő probléma foglalkoztatott, a magfizika és a gravitáció. A töprengéseim, munkáim alapján az a benyomásom, hogy a magfizika problémái várhatóan rövidesen megoldódnak, de a gravitáció teljes megismerése és megértése a magfizikánál sokkal nehezebbnek tűnik. A gravitáció véleményem szerint még számos elméleti és kísérleti meglepetést tartogat a jövőben. Ezért úgy gondolom, hogy a nagy fizikai egyesítés rövid távon belül nem valósulhat meg, éppen a gravitáció jelenlegi gyenge ismerete miatt.
Az alábbi dolgozatomban az atommag hőskorát jellemző magmodellt (az atommag cseppmodelljét) ismertetem, ami nagy jelentősége ellenére a mai generáció részére már feledésbe merült. A cseppmodell nagy sikerét, egyszerűsége ellenére, az is jelzi, hogy fontos szerepet játszott a maghasadás, a magenergia felszabadítás gyakorlati megvalósításában:
Az atommag fizikája kissé késett, de két fontos dolognak köszönhetően felgyorsult: Aston már 1919-ben, Angliában kidolgozta a tömegspektrometriát, amely lehetővé tette az atomok, és ezen keresztül az atommagok tömegének pontos kimérését. Einstein híres E = mc2 képlete alapján lehetővé vált az egyes atommagok kötési energiájának meghatározása, mely szokatlanul nagynak adódott. Ugyancsak Angliában, viszonylag későn, 1932-ben fedezi fel Chadwick a neutront, és csak azóta tudjuk, hogy az atommagok protonokból és neutronokból állnak (ezek tömege közel egyenlő). A neutron felfedezésével a magfizika fejlődése felgyorsult, fejlődött a kísérleti technika és az elmélet is.
A következő évek kutatásai igazolták, hogy az atomhéjra már sikeresen alkalmazott kvantummechanika érvényes az atommagra is. 1939-ben, Németországban Hahn és Strassmann felfedezi az urán mag hasadását. Fermi is értesül erről az eredményről még Olaszországban, és kulcsfontosságú kísérleteket végez lassított neutronokkal. A háború kitörése és a Németország kezdeti győzelmei arra késztetik a közben USA-ba emigrált fizikusokat, hogy figyelmeztessék az amerikai politikai vezetést a feltételezett német atombomba kutatásokra és annak veszélyeire. Megszületett a politikai döntés, melynek következtében 1942. december 2-án Chicagóban sikeresen elindították a világ első atomreaktorát. A háború végére elkészült és sikeresen kipróbálásra került az USA-ban az első atombomba, mely döbbenetes hatással volt nemcsak a fizikusokra, hanem az egész amerikai katonai-politikai gépezetre is. Sajnálatosan 1945 augusztusában az atombomba két bevetésére került sor Hirosimában és Nagaszakiban. Elkezdődött az atomkorszak, melynek pozitív eredményei közül itt csak kettőt említünk: egyrészt az atomenergia békés felhasználása ma már világszerte elterjedt, másrészt az atomhatalmak megegyezésre kényszerültek az esetleges atomháború súlyos következményeivel számolva. A negatív hatás az, hogy ma már egyre több ország törekszik az atomfegyverek megszerzésére, vagy megvalósítására, mely óriási veszélyt, kockázatot jelent az emberiség fennmaradására.
Az atomenergia sikeres felszabadítása viszont messzi nem jelenti azt, hogy az atommagot, az erős kölcsönhatást megértettük és pontosan ismerjük. Sok ismeret gyűlt össze az idők folyamán, részben a kísérletek, részben az elméleti kutatások következtében, de még ma is távol vagyunk attól, hogy az atommagot megértsük, komplett fizikai leírását meg tudjuk adni. A fizikusok előtt példaként állnak a sikeres fizikai elméletek: a Newton-i mechanika és gravitációs elmélet, Maxwell elektromágneses elmélete, Einstein relativitáselmélete és nem utolsó sorban a kvantummechanika. Ezek mindegyike precíz matematikai alapokon álló axiomatikus elméletek, melyek segítségével az ismert fizikai jelenségek jelentős része pontosan és kielégítően értelmezhető. A hatvanas évek csoportelméleti (matematikai) kutatásai elvezettek a nukleonokat felépítő kvarkok felfedezésére, melyek létezését a nagyenergiájú gyorsítókkal is igazolni lehetett. Kiderült, hogy az atommagokat összetartó erős kölcsönhatásért a kvarkok a felelősek, az erős kölcsönhatás erőtere a kvantumszindinamika elmélete (QCD) szerint a "gluon-tér" (ragasztó-tér).
A QCD, mely a kvantumelektrodinamika egyfajta általánosítása, a több évtizedes fejlesztés és a hatalmas anyagi ráfordítás ellenére eddig csak részsikereket tudott felmutatni, jellemzően a mai napig sem sikerült vele egy egyszerű atommag tömegét, illetve gerjesztési energiáit kiszámítani. Az átütő siker hiánya miatt a fizikusok előre menekültek, ma már a slágertéma a kölcsönhatások egyesítése. A nagy cél a gravitáció elmélettel történő egyesítés, amivel még Einstein is próbálkozott, érthető módon akkor neki sem sikerülhetett. Az egyesítési irányában kezdetben a húrelméletekkel próbálkoztak, jellemzően a hetvenes években, amelyek rendkívül bonyolult matematikai modellekre vezettek. A másik fő irányt a különböző "mértékelméletek" jelentik, ennek egyik megjósolt eleme a tömegért felelős Higgs részecske, és amelynek megtalálásáért indult el 2008 szeptember 10-én a világ legnagyobb részecskegyorsítója, az LHC (Large Hadron Collider) Svájcban. A svájci CERN laboratórium Genftől északra, a svájci-francia határ közelében helyezkedik el, amely évtizedek alatt az európai országok túlnyomó többségének részvételével fejlődött fel a mai figyelemreméltó szintjére. A CERN már eddig is jelentős sikereket ért el az elemirész fizikában, többek között Nobel díjak is születtek.
A jelen munkában alternatív utat követek az erős kölcsönhatás elméleti modellezésére, amely már eddig is sikeresnek bizonyult, biztató kezdeti eredményekkel. Véleményem szerint a mai elemirész fizika és konkrétan a magfizika elméletei szükségtelenül túlbonyolítottak, a munkámmal ezt próbálom bizonyítani.
Életem során eddig igazán két fő probléma foglalkoztatott, a magfizika és a gravitáció. A töprengéseim, munkáim alapján az a benyomásom, hogy a magfizika problémái várhatóan rövidesen megoldódnak, de a gravitáció teljes megismerése és megértése a magfizikánál sokkal nehezebbnek tűnik. A gravitáció véleményem szerint még számos elméleti és kísérleti meglepetést tartogat a jövőben. Ezért úgy gondolom, hogy a nagy fizikai egyesítés rövid távon belül nem valósulhat meg, éppen a gravitáció jelenlegi gyenge ismerete miatt.
Az alábbi dolgozatomban az atommag hőskorát jellemző magmodellt (az atommag cseppmodelljét) ismertetem, ami nagy jelentősége ellenére a mai generáció részére már feledésbe merült. A cseppmodell nagy sikerét, egyszerűsége ellenére, az is jelzi, hogy fontos szerepet játszott a maghasadás, a magenergia felszabadítás gyakorlati megvalósításában:
Az atommag
cseppmodelljét az atommagok kötési
energiáinak kiszámítására
használták a felfedezésének korában,
de elméleti szempontból sokkal izgalmasabb, hogyan tudjuk
kiszámítani a semleges atomok tömegeit, amiket
egyébként kísérletileg
tömegspektrométerrel mérik, bámulatos
pontossággal. A fent jelölt munkában az atommag
cseppmodeljét a semleges atomok tömegének
kiszámítására alkalmaztam.
Természetesen a semleges atomok tömegének
ismeretében már egyszerű kiszámítani az
atommagok kötési energiáit: a semleges atom
tömegéből le kell vonnunk a Z rendszámú elem
Z számú elektronjának és protonjának
tömegét, valamint az N = A - Z számú
neutronjának tömegét.
A semleges atomok tömegeit tehát ma már nagy pontossággal ismerjük a kísérletekből, de az elméleti számításoknak tudományos szempontból még nagyobb a jelentősége, mivel jelenleg sincs még egzakt magfizikai elmélet. A következő számítási modell saját szellemi termékem, amely a semleges atomok magas hőmérsékletű csillagokban (szupernovákban) történő szintézisét veszi figyelembe. A szupernovák hatalmas mennyiségű energiát sugároznak ki rövid életük folyamán, az így fellépő energiahiány a semleges atomok (atommagok) kötési energiáiban jelenik meg.
A semleges atomok tömegeit tehát ma már nagy pontossággal ismerjük a kísérletekből, de az elméleti számításoknak tudományos szempontból még nagyobb a jelentősége, mivel jelenleg sincs még egzakt magfizikai elmélet. A következő számítási modell saját szellemi termékem, amely a semleges atomok magas hőmérsékletű csillagokban (szupernovákban) történő szintézisét veszi figyelembe. A szupernovák hatalmas mennyiségű energiát sugároznak ki rövid életük folyamán, az így fellépő energiahiány a semleges atomok (atommagok) kötési energiáiban jelenik meg.