韩行高：原子核质子组分的错误和正电子－－复合中子结构模型

原子核质子组分的错误和正电子－－复合中子结构模型

——统一电磁力场物质结构新理论（4）  韩行高

应网友的要求，开始深入讨论《现代物理学走进死胡同》的实质问题。我也曾许诺过要向基础物理方面转移，把科学吧办成讨论基础理论最有深度的论坛。 
为此，新开一帖来专门讨论核理论新模型。内容是将现有的三篇专业文稿重新组织，精简文字并删掉插图和参考文献而成。题目是《原子核质子组分的错误和正电子－－复合中子结构模型》。分5大部分： 
原子核质子组分的错误和正电子－－复合中子结构模型 
（1）对原子核的质子—中子模型的质疑 
（2）原子核的正电子――复合中子结构模型 
（3）原子核的正电子――复合中子结构模型的实验支持 
（4）夸克错误和LHC豪赌 
（5）核能本质、核能利用途径和ITER错误 
准备发出前3部分。欢迎据理提出意见。

原子核质子组分的错误和正电子―复合中子结构模型 
（1）对原子核的质子—中子组成模型质疑 
自上个世纪初卢瑟福发现原子核并确认了氢原子核就是质子以来，随着中子的发现，建立了现行原子核物理的质子—中子结构模型，这是一个由原始质子（氢原子核）和中子两种粒子 （统称为核子）的混装结构。以此为基础，上世纪50年代又发展成原子核的壳层模型，进而又提出了质子和中子组成的夸克模型直至标准模型。原子核的质子—中子结构模型实际上已经成为是现代原子核物理和粒子物理的原始基础。但是，经过长达70多年的时间的检验验，这个模型的合理性不断受到质疑和挑战。 
1. 用来解释克服质子间同性排斥的交换力的物理机制和实验验证问题 
原子核的质子—中子结构中质子（氢原子核）带有1个正电荷，同中子一起混装后多个质子之间必然存在同性正电荷的排斥力，如何解释这种同性排斥力作用下能够保持稳定而不解体的物理机制呢？虽然海森堡 （W.Heisenberg）给出的一个解释，假设了核子间有一种交换力通过在质子和中子间不断交换电荷，以致把排斥力“交换”掉了。但既然在原子核中质子和中子通过交换力来克服排斥力来保持原子核的稳定，说明质子和中子应当是相依为命、生死与共才是。但是，大多天然放射性并没有放出质子，而发现中子的多个人工核反应实验直接打出的仅仅是中子而并没有质子。这一情况非常重要。因为，如果原子核中果真是质子和中子混装，而且在质子和中子之间果真存在所谓电荷交换力抵消了质子同性电荷之间的排斥力维系着两者之间的联系，那么，如此相依为命的质子和中子应当一道辐射出来才是，但这同实验事实不符。而且，一些核反应生成的自由质子具有相当高的稳定性和长寿命，而一些核反应打出的自由中子只有10几个分钟的寿命。很难设想，质子和中子这两种稳定性和寿命有很大差异的粒子通过所谓“交换力”就能够一起束缚在原子核中并同时保持稳定。 
至于海森堡杜撰的这种交换力属于何种力，其交换电荷的物理机制是什么，如此关键重要的问题70多年来至今也没有说清楚，即便是在现代的实验条件下也没有得到必要的实验验证。 
这是原子核的质子―中子结构的最大困难。 
2. 质子(氢原子核)和中子相互转换关系的两个反应式的矛盾问题 
质子同中子之间相互转变有两个反应式： 
一个是费米30年代提出的β衰变理论的自由中子衰变式——中子→质子 + 电子 + 反中微子。但这个反应式长期以来并没有得到实验证实，只是到了近70年后才由美国科学家通过实验得到一个接近的结果：在中子衰变的产物中除了质子和电子外，还包括有光子。这说明实际的反应要复杂得多。 
另一个质子同中子间转换的反应式是――质子＋反中微子→中子 + 正电子。 
这是根据小居里夫妇30年代的人工放射性实验中存在着的质子衰变成正电子和中子的事实得到的，50年代以来美国科学家严格检验了这个衰变式的粒子及其反应截面而得到证实。该实验也是证实中微子存在的唯一的最有说服力的实验（而不是费米衰变式）从而获得诺奖。 
这两个反应式中所有粒子数均为1。比较这两个反应式，根据质量、能量和电荷守恒的观点（至少目前还没有否定这些守恒规律），这两个式子是相互矛盾的，不可能都有的是正确的，而经过实验严格验证的后一个反应式似乎更符合事实，这将导致质子质量大于中子质量，多出1个电子质量的结果，而不是现行核理论的中子质量大于质子质量3－4个电子质量。这一结果是完全有可能的：查德威克当年发现中子后根据动量转换原理测出的中子质量同当时根据电荷偏转测出的质子（氢原子核）质量相比精度较低，不在一个数量级，故所得到的中子质量大于质子（氢原子核）质量的结果并不可靠。果真如此，将是对现行原子核理论的质能关系将是颠覆性的，也预示着费米理论的中子衰变式应当有着与中子内部复杂结构有关的粒子数的新的平衡关系。如此重要的问题是质子――中子模型的又一大困难。也是任何核理论模型必须解释清楚的问题。

3. 质子（氢原子核）、正电子同电子的对偶关系问题 
随着实验技术的发展和精度的提高，越来越表明；质子电荷、电子电荷和正电子电荷（绝对值）越来越接近。而质子的质量同电子质量之比为1836倍以上。从正反物质所具的特征看，很难认为质量相差1835倍以上的质子同电子间之间具有电荷对偶关系。而同电子有对偶关系的只能唯一是电荷和磁矩数量相等极性相反的正电子。由此推断，质子的电荷只能是质子内部的正电子。 
质子（氢原子核）的电荷和质量特征不具备同电子的对偶关系，不能说明为什么质子和电子作为两个不同质量的粒子的电荷在相当高的实验精度上相当一致的实验事实，而只有质子中包含正电子才能给予圆满解释。这一点关系到原子核带有的正电荷为什么能同核外电子平衡而使整个原子严格的电中性的本质问题，差之毫厘，将会引发整个物理学理论的动摇和颠覆。 
这是原子和质子组分的一个重要困难。 
4. 原子核内粒子所具有能级的空间和轨道问题 
众所周知，能量是物质运动的量度。核能的存在又是无可争议的事实，而且核能只能是核内粒子组分运动所具有的能量，包括动能和势能，必然要有相应的运动形式和运动空间。根据核内存在相当大的能量并具有特定的分立能级的事实推断，核内粒子绝不应当是像质子—中子结构模型那样是粒子全部挤在一起的混装排列，而应当具有一定的空间使得核内粒子的高速围绕力场中心的轨道运动，只有这样才有量子特征的能级和可能有多余的势能和动能在适当的条件下的释放。质子—中子结构模型不能对核能本质给出合理自洽的说明，力场和能量关系仍然是模糊的。这是质子――中子结构模型的困难，也是核聚变能源至今没有走出困境的主要原因。 
 5. 任意原子核中的质子组分同原始质子（氢原子核）的本质和实验检测问题 
质子中子结构模型将原始质子（氢原子核）当作任意原子核的组分，但对任意原子核中的质子组分和中子组分的性能检测却从来都不是直接从任意原子核中取样。其中，质子是用连接在聚乙烯碳链上的氢原子的原子核，或直接使用液态氢、气态氢的原子核取样进行散射实验；而对于中子，又都毫无例外的从氘核中取样，所得到的散射结果扣除质子的贡献。这种仅仅作为氢原子核才有意义的原始质子同理论假设的同中子混装在所有原子核中的质子根本就不是一回事，其性能是不是完全相同并没有从理论和实验上得到证明的。而这样不加证明的取样检测到的质子和中子的性质不可能普遍适合所有原子核内的情况，实际上是不符合实验规则的。  
可见，原子核的质子—中子结构模型实际上也是缺少严谨的实验基础的。