Россия, выключи телевизор (этот зомби-ящик) и думай. Ты уверена, что тебе точно нужна эта нескончаемая сумасшедшая война? Может пора признать за народами право на самоопределение.

Загадка солнечных нейтрино с точки зрения полевой теории элементарных частиц. Часть 4

Начало статьи на данном сайте: Загадка солнечных нейтрино ... Часть 1

11. Взаимодействие электронных нейтрино с плазмой

Идеальным объектом для взаимодействия с электронными нейтрино является плазма - содержащая свободные электрические заряды. В данном случае в качестве свободных носителей электрического заряда будут выступать:

• свободные заряженные элементарные частицы (электроны, протоны),
• атомные ядра, лишенные электронов,
• ионы вещества (атомы, как лишившиеся части электронов, так и захватившие электроны других атомов).

Спектры масс и электрических зарядов будут определяться химическим составом плазмы, а также ее температурой. Поэтому величина потока энергии, теряемой солнечными электронными нейтрино, при прохождении через 1 метр плазмы будет:

(79)

где i - любые свободные электрические заряды плазмы, n_i - их концентрация в единице объема (м³), z_i- их электрические заряды, m_i - их релятивистская масса (поскольку скорости у элементов плазмы могут быть сопоставимы со скоростью света).

Получилось выражение аналогичное, как и в (63), что и должно было быть. Но поскольку в плазме в обязательном порядке присутствуют свободные электроны, то они будут основными потребителями кинетической энергии электронных нейтрино. Вторыми по значению потребителями кинетической энергии солнечных электронных нейтрино будут свободные от электронов, атомные ядра.

Во всех предыдущих разделах мы рассматривали случаи, когда электронные нейтрино взаимодействуют с покоящимися или почти покоящимися заряженными частицами. Если даже заряженная частица имела небольшую скорость, то это не оказывало влияния на результаты, поскольку начальная и приобретенная скорости складывались по правилам сложения векторов. Ну а поскольку кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, то получалось в среднем, при каждом последующем взаимодействии, энергия добавлялась. Но в плазме, например на Солнце, могут быть высокие скорости и даже релятивистские. Теперь время взаимодействия заряженной частица с полем электронного нейтрино зависит не только от линейных размеров нейтрино, но и от направления и величины скорости самой заряженной частицы.

Рассмотрим несколько таких случаев с ориентацией спина электронного нейтрино вдоль направления движения с начальной скоростью заряженной частицы V₀.

11.1. Движение заряженной частицы в направлении, перпендикулярном действующей на нее силы.

В этом случае скорость заряженной частицы не может оказать влияние на время нахождения в ускоряющем ее электрическом поле электронного нейтрино. У заряженной частицы будут две ортогональные компоненты скорости:

• V₀ -скорость начального движения,
• V_вз - скорость, полученная в результате взаимодействия частицы с электрическим полем электронного нейтрино.

Первая компонента скорости не изменится, поскольку в этом направлении сила не действует, а значит, отсутствует и ускорение. Для второй компоненты останется верным выражение (43) , определенное ранее.

(80)

Δt будет:

(81)

Теперь умножим E (80) на Δt (81)

(82)

V_вз будет:

(83)

где z - заряд частицы в единицах элементарного заряда, m_z - ее релятивистская масса. Если в (83) подставить начальные данные для свободного электрона низкотемпературной плазмы, то получится величина скорости, равная 1,77 м/сек, а для свободного протона плазмы чуть менее 1 мм/сек.

Начальная кинетическая энергия заряженной частицы, при не релятивистской скорости, будет:

(84)

a изменение кинетической энергии (вспомним, что V₀ и V_вз перпендикулярны) будет:

(85)

Как видим, поскольку начальная скорость V₀ не повлияла на Δt, то она и не смогла повлиять на передаваемую энергию ΔW_z.

Но обратим внимание на одну маленькую деталь. В выражениях (83) и (85) в знаменателе стоит не масса покоя заряженной частицы, а ее релятивистская масса. Следовательно, с ростом начальной скорости V₀ будет уменьшаться передаваемая кинетическая энергия, и она теперь будет:

(86)

где m_0z - масса покоя заряженной частицы z.

Так что, при взаимодействии на Солнце с релятивистскими заряженными частицами, теряемая электронным нейтрино энергия будет меньше, чем в аналогичном случае взаимодействия с земной плазмой.

11.2. Движение заряженной частицы по направлению действия ускоряющей силы.

Сначала рассмотрим нерелятивистский случай (земная плазма).
Напряженность электрического поля E останется прежней, как в (80), но время нахождения заряженной частицы в ускоряющем электрическом поле Δt изменится. Теперь оно уменьшится и будет:

(87)

В этом случае изменение скорости будет:

(88)

Новая величина скорости заряженной частицы, после взаимодействия, будет:

(89)

Новая величина кинетической энергии заряженной частицы, при не релятивистской скорости, будет:

(90)

Изменение кинетической энергии будет:

(91)

Как видим, начальная скорость V₀ существенно повлияла как на Δt, так и на передаваемую энергию.

Теперь посмотрим, что произойдет при переходе к релятивистским скоростям. Выражение (87) останется прежним (в нем нет m_z), а выражения (88) и (89) изменятся:

(92)
(93)

Поскольку скорости релятивистские, то изменение энергии придется считать иначе. Сначала определим полную начальную внутреннюю энергию заряженной частицы до взаимодействия с электронным нейтрино, при начальной скорости V₀. Это будет:

(94)

А при скорости V_z:

(95)

Разница полных внутренних энергий (величина энергии теряемой электронным нейтрино):

(96)

Поскольку в (93) ΔV < < V₀ ,выражение (96) можно записать и в следующем виде, используя производную от функции (94):

(97)

11.3. Движение заряженной частицы в направлении, обратном действия на нее силы.

Напряженность электрического поля E остается прежней, как в (80), но время нахождения заряженной частицы в электрическом поле Δt иное. Теперь оно вырастет и будет:

(98)

Как видно из (87) и (98) заряженная частица, при достаточно большой скорости, больше времени отдает свою кинетическую энергию электронному нейтрино, чем ее получает. Когда скорость заряженной частицы была значительно меньше скорости света, эти времена практически совпадали. А теперь они отличаются.
В этом случае изменение скорости будет отрицательным, заряженная частица будет тормозиться и передавать часть своей кинетической энергии электронному нейтрино:

(99)

Новая величина скорости заряженной частицы, после взаимодействия, будет:

(100)

Новая величина кинетической энергия заряженной частицы, при не релятивистской скорости, будет:

(101)

Изменение кинетической энергии будет:

(102)

Как видим, здесь начальная скорость V₀ существенно повлияла не только на передаваемую энергию, но даже на направление передачи энергии.

Теперь посмотрим, что произойдет при переходе к релятивистским скоростям. Выражение (98) останется прежним (в нем нет m_z), а выражения (99) и (100) изменятся:

(103)
(104)

Поскольку скорости релятивистские, то изменение энергии придется считать по формулам (94), (95) и (96).
Поскольку в (93) |ΔV| << V₀ ,выражение (96) можно записать и в следующем виде (аналогично (97)), используя производную от функции (94):

(105)

Как видно из (105), даже релятивистское нейтрино можно разгонять.

11.4. Влияние начальной скорости на направление передачи кинетической энергии

Сложим вместе выражения: 2 (86) + 0.5 (97) + 0.5(105) - возьмем среднее значение передачи энергии (по ортогональным направлениям).

(106)

Как видно из (106), направление передачи кинетической энергии определяется начальной скоростью заряженной частицы. С ростом этой скорости уменьшается теряемая энергия, но растет приобретаемая. Поэтому при некоторой скорости направление передачи энергии меняется на противоположное. Желающие могут определить эту величину скорости самостоятельно.
Можно повторить расчеты и для другой ориентации спина электронного нейтрино (желающие могут это проделать сами), но это не изменит основного вывода: электронное нейтрино может, как отдавать часть своей кинетической энергии, так и получать часть кинетической энергии частицы, с которой оно взаимодействует.

12.Вместо итога

Первоначально я хотел подвести итог всего сказанного, но природа решила все за меня иначе: ФУКУСИМА.
Будет еще одна часть.

Что касается итогов - часть их очевидна:
Образующиеся в результате термоядерных реакций на Солнце, электронные нейтрино, во время движения от ядра Солнца к короне, взаимодействуют с множеством элементарных частиц, как забирающих, так и отдающих энергию. Поэтому, на выходе из Солнца, кинетическая энергия электронных нейтрино значительно отличается от ее величины у источника образования, рассчитанной John Bahcall и Pinsonneaul.
Проходящий через планету (не только нашу), поток электронных нейтрино разогревает ее изнутри, питая энергией землетрясения, извержения вулканов, тектоническую деятельность, геотермальную деятельность и тепловой поток, исходящий из недр планеты.
Миновавший планеты поток электронных нейтрино выбрасывается за пределы солнечной системы. В процессе движения солнечные электронные нейтрино сталкиваются с молекулярными соединениями электронных нейтрино, находящихся в межзвездном и межгалактическом пространстве (в основном в виде молекул ν₂, значительно реже ν₄) и разбивают их. Молекулярные соединения электронных нейтрино являются неустойчивыми образованиями и распадаются в результате столкновения с движущимися электронными нейтрино (рожденными звездами) а также с фотонами (создавая еще и красное смещение, по ошибке приписываемое вымышленному разбеганию галактик в результате сказочного Большого взрыва). На это уходит соответствующая часть кинетической энергии. Высвобожденное электронное нейтрино через некоторое время повстречается с другим высвобожденным электронным нейтрино, и снова создадут связанное состояние. При каждом образовании связанного состояния пары электронных нейтрино, происходит выделение энергии в виде электромагнитного излучения с частотой соответствующей основному пику микроволнового фонового космического излучения, исторически (по ошибке) называемого “реликтовым излучением” (См.Роль нейтрино в красном смещении ...).


Рис.8 Карта микроволнового фонового космического излучения - ПОДЛИННАЯ, БЕЗ ПОДГОНКИ под "реликтовое излучение".


Рис.9 Спектр микроволнового фонового космического излучения, исторически называемого "реликтовым излучением"

Со временем, отдав всю свою кинетическую энергию, полученную от Солнца, электронное нейтрино повстречает другое потерявшее энергию электронное нейтрино и создаст с ним связанное состояние в виде молекулярного соединения (молекулы ν₂, которые в свою очередь могут слиться в молекулы ν₄). Тем самым молекулярные соединения электронных нейтрино пополнят собой "темное" вещество Вселенной. Как понимаете, "темное" вещество в отличие от сказочной "темной материи" обладает электромагнитной природой. Ну а свет оно излучает - но только в виде микроволнового фонового космического излучения, что мы и наблюдаем во Вселенной.

Окончание смотри: (Загадка нейтрино ... Часть_5)

Владимир Горунович
9.01.2014