破壊学事始

中性子はニュートリノの入射を受けて、結合している電子が弾き飛ばされる。ところで、三重水素の原子核は陽子３個より軽いという問題があった。

3H+ →　5.00736 x 10^-27kg
3p →　5.017865484 x 10^-27kg

通常、この重さの差は結合エネルギーで奪われているとされる。なんだかわかったようなわからないような説明だ。１度結合にエネルギーを奪われれば、ずっとそのままくっついているのだろうか？　永久機関のような話だ。

重力や磁力は、モノを引き付けるが、永久機関ではない。磁力は周囲の熱をエネルギーとしている。重力も地球上では、自転のエネルギーを得て、電磁波の放射が行われている。原子核を維持する電気引力もニュートリノからエネルギーを得ているのではないかというのが、電気的地球科学の推測だ。原子核からは電磁波、ガンマ線が放射されている。

また、質量の問題もある。質量とはモノの動かしにくさ、荷電粒子を動かそうとすると生じる磁場による抵抗だ。抵抗は、粒子の表面積に比例しているらしい。中性子と陽子の質量をもう一度見てみよう。

n → 1.674927471 x 10^-27kg
p → 1.672621828 x 10^-27kg

n - p → 0.002305643 x 10^-27kg

電子の質量は

e → 0.00091093 x 10^-27kg

中性子と陽子の質量差は電子の約2.53倍ある。ここで質量とはなんだったかをもう一度思い出してほしい。電荷を動かそうとしたときに生じる磁場による抵抗だ。陽子と結合している状態の電子は、電荷が増えていると考えられる。電荷が増えた分が質量差として表れている。

では陽子と中性子の大きさは、というと実は中性子の大きさははっきりとはわかっていない。電気的に中世であるため、イオン半径の測定が難しいからだ。

陽子の半径は現在2つの数値がある。

0.8768 x 10^-15m
0.8418 x 10^-15m(ミュオニック水素）

水素分子の電子をミュー粒子に置き換えて測定した場合、従来より小さい半径が測定された。ミュー粒子は電子の200倍の質量を持つ。

ここで陽子がガンマ線を放出して電子の接近を阻んでいると考えると、ミュー粒子の質量が大きいため、陽子は通常より強い電界のガンマ線を放射していると考えることは出来ないだろうか？　強い電界を供給したため、陽子半径が縮んだ。つまり、陽子は電界が何かの形になっている状態なのではないか？

最初の三重水素の原子核は陽子３個より軽いという問題は、結合している電子により陽子の電界が消費され、半径が小さくなっているではないだろうか？　陽子の大きさは質量という形で計測されるはずだ。

まとめてみよう。ニュートリノは陽子、電子を媒介にして伝わる。原子核内部をニュートリノ、電界のパルスが伝わるとき、陽子と陽子を結ぶ電子の角度により、外側に向けて力が発生して、その力が大きいと電子を弾き飛ばす。ニュートリノが原子核内部を伝播する際、電界をわずかに陽子に引き渡す。陽子は受け取った電界を、電荷の維持、ガンマ線の放射に利用する。陽子はニュートリノだけでなく幅広い電磁波から電界を受け取ることができる。ニュートリノ、電磁波が陽子を介して、電子軌道をガンマ線で決めている。したがって、ニュートリノ、電磁波の環境が変わると電子軌道が変わり、核変換、崩壊が起きる。とくに波長の短いガンマ線、ニュートリノは原子に与える影響が大きい。

ベータ崩壊にはニュートリノが働いているという予想だった。それを裏付ける論文があったので紹介しておく。

Evidence for Correlations Between Nuclear Decay Rates and Earth-Sun Distance
このグラフは、太陽と地球との距離の変化が36Cl-32Siの半減期に対して強い相関を持つという証拠だ。青い点が半減期、赤い線が地球と太陽の距離。36Clは大気中のアルゴンから宇宙線の衝突により生じる。半減期が約30万年でベータ崩壊―アルファ崩壊により32Siに変わる。この半減期を精密に調べると、地球と太陽との間の距離の変化に対応しているという。太陽ニュートリノがなんらかの働きをしているのではないかという推測がされている。太陽との距離が近いと半減期も短くなる。ニュートリノの濃度が濃くなるからだ。

同じような論文はほかにもあった。Power Spectrum Analysis of BNL Decay-Rate Data こちらは日照量との関係を指摘している。ニュートリノが原子核を維持する働きに関与しているのは確実なようだ。

中性子は陽子と電子が結合したものであるとした。同じ陽子と電子によって構成される水素原子がある。実際の水素原子は2個結合した分子だが、中性子と水素原子の質量は、こうなっている。有効桁は目をつぶってほしい。

中性子 n→ 1.674927471 x 10^-27kg
水素原子 H →1.6737236 x 10^-27kg

同じ陽子と電子でも、中性子のほうが少し重い。その差は、

n-H → 0.001203871 x 10^-27kg

となる。この差はなんだろう？

ところで、重水素は安定同位体で崩壊しない。

重水素 2H → 3.343583719 x 10^-27kg

重水素から、軌道電子1個と陽子2個の重さを引いてみる。

2H - e - 2p → 0.000749 x 10^-27kg

電子の重さは、

電子 e →0.00091093 x 10^-27kg

なので、ほぼ電子1個分の重さが出てくる。これが陽子と陽子を結合させている電子の重さなのだろうか？

そこで、三重水素と陽子3個の重さを比べてみた。

三重水素　3H →5.00827094 x 10^-27kg

軌道電子1個の重さを引く。

3H+ →　5.00736 x 10^-27kg

陽子3個は

3p →　5.017865484 x 10^-27kg

あれれ？　陽子3個のほうが重い！

3p - 3H+ → 0.010505484 x 10^-27kg

三重水素は、陽子が3個、電子3個で結合されていると考えられる。ではヘリウム３の重さはどうなっている？

3He →　5.00823789 x 10^-27kg
3He - 2e → 5.006416 x 10^-27kg

3H+ - 3He++ → 0.000944 x 10^-27kg

三重水素は、陽子3個が電子3個で、ヘリウム３は陽子3個が電子2個で結合している。その差は、ちょうど電子1個分になる。これは電気的地球科学で予想している原子核模型に合っている。三重水素はベータ崩壊するが、ヘリウム3は安定同位体だ。構造の違いは、三重水素が3角形をなしていて、ヘリウム3は真っ直ぐだ。

ここで、かなり飛躍的な予想をしてみる。

重水素は2個の陽子を電子が結び付けている。ニュートリノ放射を受けたとき、陽子内部で電界が伝わる。結合した電子を介してとなりの陽子にもニュートリノの電界は移動していく。このとき、電子を通り抜ける電界のパルスは真っ直ぐだ。ヘリウム３も陽子3個が直列につながっている。

三重水素でも陽子内部をニュートリノの電界のパルスは伝わるが、となりの陽子を結び付けている電子には角度がついている。そのため、電子内部には外側に向かう力が発生する。非常にエネルギーが高いニュートリノが入射した場合、電子を外側に弾き飛ばしてしまう。これがベータ崩壊だ。

ここまでくれば、中性子がなぜ崩壊するかは明らかだ。

陽子に入射したニュートリノが電子をはじき出してしまう。はじき出された電子はニュートリノのエネルギーを得て飛び去る。陽子が少し変形するので電子ニュートリノも発生する。

まだ、この考察には、なぜ3H<3pなのかという疑問もあるが、電界の再発生、ニュートリノによる電荷の供給という作用に矛盾はない。

うーん、しかしこれだと、①で予想したニュートリノの少ないほうが寿命が短いと矛盾する。困った。③へ続く。

中性子は約15分で陽子と電子に崩壊するが、重水素は崩壊しない。三重水素は崩壊してヘリウム３になるが、半減期は12年だ。この違いはどこからくるのだろうか？　一般にはクォークで説明されているが嘘くさいので、別の仕組みを考えてみた。「素粒子宇宙起源研究機構」の中性子寿命の精密測定から、どのようにして中性子の寿命を測定しているかを見てみる。

グラフ１：２つの寿命測定法によるこれまでの測定値のズレ。青は超冷中性子蓄積実験、赤は冷中性子ビーム実験による値。線はそれぞれの実験の精度を考慮した平均値で、帯の幅は平均値の不確かさを表す。

いずれも速度の遅い中性子を使い、片方は容器に溜め、もう片方は一定の速度で検知器を通過させて測定している。容器に溜めたほうが寿命は平均8秒短い。寿命の差は、容器から漏れ出した可能性があるとしている。それにしても、8秒の差が明確にあるのは、何か原因があるからではないか？

以前、中性子の崩壊は、2個の中性子が結合するからではないかと説明した。この仕組みでは、ビームと容器での寿命の差は出ない。やはりニュートリノが関係していると思われる。

陽子に結合した電子は励起状態であると予想した。中性子は回転すると磁場を周囲に作る。磁場にエネルギーをとられるため、電子は次第に励起状態から電荷ポテンシャルが落ちていく。陽子にミューニュートリノがぶつかると一部のエネルギーが電子に渡り、電荷ポテンシャルを上げる。

中性子を容器に溜めた場合とビームにして測定した場合を比較してみる。容器に溜めた場合は、一定面積に一定時間ニュートリノが通り過ぎる。ビームの場合は速度に比例する。ニュートリノに放射される量はビームのほうが多いと考えられる。雨が降っているとき、立ち止まっているより、走ったほうが身体に当たる雨粒は多くなる。中性子も移動している場合のほうがニュートリノに当たる確率が高い。陽子に結合した電子の励起状態は、ニュートリノにより供給される電界のエネルギーによって維持されている、と予想できる。

宇宙から大気に突入してくる宇宙線がある。宇宙線の多くは陽子が90％、ヘリウム原子核が９％を占めている。宇宙線はほとんどが10^18eV以下のエネルギーしか持たないが、まれに10^20～10^21eVのエネルギーを持つ超高エネルギー宇宙線(ultra-high-energy cosmic ray)が観測される。

たとえば、陽子が1個、光速で飛んでいる場合のエネルギーは次のように計算される。

E = 1/2mv^2

m = 1.67x10^-27 , c = 2.99 x 10^8m/s

E = 0.5 x 1.67x10^-27 x (2.99 x 10^8)^2
= 0.75 x 10^-10J

1J = 6.241 x 10^18eV

E = 4.68 x 10^8eV

これは運動エネルギーなので、陽子自体が持つ電荷は含まれない。陽子1個が大気に飛び込んでくると、酸素原子、窒素原子などに衝突して、さまざまな粒子が生じて地表に降り注ぐ。1個の陽子から1000億個の粒子が発生するといわれる。

空気シャワー、proton shower という。大量に発生する粒子は、パイ中間子、ミュー粒子、中性子、電子のほか、ミューニュートリノ、電子ニュートリノなどがある。

ところで、宇宙線の中には10^18eVより大きなエネルギーを持つ超高エネルギー宇宙線と呼ばれる非常にエネルギーの高いものがある。とくに5x10^19eVより大きなエネルギーを持つ最高エネルギー宇宙線 (EECR)の存在がある。

EECRは「2004年から2007年にかけて行われたピエール・オージェ観測所（英語版） (PAO) での最初の観測で、5.7×10^19eV を超えるものは27回しか観測されなかった。これは、3,000km2もの面積を持つ観測所で4週間に1度程度しか観測されないという少なさである」wikipedia

たとえば、光速の1000000倍の速度で突入する陽子は、どれくらいのエネルギーを持つだろうか？　最初の式で計算すれば次のようになる。

E = 4.68 x 10^20eV

これはEECRそのものだ。相対性理論を信じるなら、光速を超える粒子は存在しない。光速に近づくと質量が増えていって、加速されないからだ。EECRの発生源は、超新星爆発、ブラックホール周辺などが予想されている。しかし、星間物質の少ない宇宙空間では、ほとんどさえぎるものがない。相対性理論を無視すれば、荷電粒子は無制限に加速される。

太陽系外からの宇宙線は太陽磁場によって方向が変えられて、あまり多くは太陽系内には進入しない。さらに太陽系内部では、粒子が多いので、ぶつかる可能性が高くなる。地球近傍ではさらに粒子が増える。光速以上の速度を保ったまま大気に突入する宇宙線は、非常に少なくなると考えられる。

光速の10^6倍とはとんでもない速度なのだろうか？　天文学者・トム・フランデンによれば、重力の伝播速度は少なくとも光速の2x10^10倍だ。

電気的地球科学では、相対性理論を無視しているので、宇宙空間での速度制限はない。最高エネルギー宇宙線は、光速を超えてやってくる粒子だ。

追記：計算間違いが合ったので修正