Субатомы водорода – неизвестное ранее состояние водорода

1. Введение

Водород – наиболее распространенное химическое вещество во вселенной. Квантовая система наиболее распространенного изотопа водорода, протия, состоит всего лишь из одного протона и одного электрона, вращающегося вокруг него. Учитывая неопределенность нахождения электрона в конкретной точке орбиты, правильнее будет говорить о локализации вероятного расположения электрона вокруг протона. Электрон может располагаться свободно вне атома, локализуясь в некоторой области пространства. Однако в некоторых случаях, когда траектория движения протона (иона водорода) проходит через область локализации электрона, то на некоторое короткое время возможно проникновение протона в центр области локализации электрона с образованием электрически нейтральной системы названой «Субатом водорода». Субатом водорода движется медленнее, чем электрон, но, обладая отрицательно заряженной электронной оболочкой, может достаточно близко приближаться к ядрам других элементов за счет кулоновского притяжения разноименных зарядов (рис. 1).

Рис. 1. Схематичное изображение возникновения и взаимодействия субатома водорода с ядрами

Под действием отталкивающего электрического поля этих внешних ядер протон из субатома водорода в итоге выдавливается, но при этом он оказывается гораздо ближе к ядрам, чем мог, если бы был просто свободным, мимо пролетающим протоном. В случае преодоления кулоновского барьера ядра такой протон может вступить с ним в реакцию. Такие реакции называют холодным ядерным синтезом (ХЯС), в отличие от ядерных реакций, которые идут на солнце благодаря огромным температурам, при которых ядра преодолевают кулоновское отталкивание. ХЯС может происходить при гораздо более низких температурах, включая комнатную.

2. Теоретическое обоснование

Для объяснения возможности существования ХЯС стоит обратиться к квантовой механике. Допустим, у нас есть свободная частица с массой m, совершающая одномерное движение вдоль оси x. Волновая функция согласно уравнению Шредингера, представляется как:

, (1)

Где p – поступательный импульс частицы, E = p²/2m – энергия поступательного движения, ℏ – постоянная Планка, С – константа. В случае, когда поступательный импульс частицы равен 0, то такая «покоящаяся» частица, согласно данному уравнению, не существует. При этом эксперименты показывают обратное. Если же решать уравнение Шредингера не с помощью волновых функций де Бройля, а в представлении плотности вероятности, когда плотность вероятности частицы зависит от ее импульса и координаты ρ(p,x), то данное противоречие отсутствует. Поскольку уравнение энергии свободной частицы будет иметь вид:

, (2)

Где Δε – энергия квантовой флуктуации движения свободной частицы. А, следовательно, «покоящаяся» частица с массой m будет обладать некой квантовой энергией движения. Т. е. согласно формуле (2), полная энергия свободных квантовых частиц равна сумме энергий поступательного движения и квантовой флуктуации.

Энергия квантовой флуктуации в свою очередь тоже состоит из двух составляющих: собственной энергии квантового движения частицы и энергии квантовой нелокальности движения ẟε:

, (3)

Энергия квантовой нелокальности – это энергия частицы при ее движении в потенциальных полях, которая меняется при переходе частицы из одной среды в другую. Например, когда фермион переходит из кристаллической решетки в пространство, то на границе его энергия квантовой нелокальности должна измениться.

Собственная энергия квантового движения частиц – это существенная часть квантового движения частиц. Выражение для этой энергии написал в 1929 году в своей докторской диссертации Луи Де Бройль [1], опираясь на формулу Эйнштейна, которая стала символом теории относительности:

, (4)

Где ω – частота квантовых колебаний частицы, m – масса покоя, с – скорость света. Несмотря на то, что в формулу (4) де Бройля входит скорость света, эта формула справедлива при любых скоростях движения частицы, в том числе и нулевых. Например, энергия покоя электрона равна 511 кэВ.

Таким образом, можно обобщить формулу (2) с помощью формулы (3) и записать её в виде:

, (5)

Данная формула позволяет описать квантовое движение частицы с отличной от нуля массой и нулевой поступательной энергией. Квантовая частица, локализованная в пространстве, движется вокруг вероятностного центра, совершая как радиальные флуктуационные движения, плотность вероятности которых затухает с увеличением расстояния, так и круговые стоячие колебания, энергия которых квантуется. В самом вероятностном центре существует область покоя, в которую может расположиться протон, область локализации которого значительно меньше электронной. Если протон попадает в вероятностный центр области локализации электрона, то образуется субатом водорода (рис. 1). Энергия связи протона с электроном описывается формулой:

, (6)

Где а = ℏ²/me² – радиус электрона с зарядом e. Энергия связи равна 6,02 эВ, что не много. Но при этом протон находится внутри области локализации электрона – электронного облака, энергия образования которого 511 кэВ. Кулоновское поле внешних ядер практически не деформирует это электронное облако. Вытолкнуть протон из субатома водорода возможно только за счет туннелирования в сильных внешних полях. Это позволяет субатомам приближаться к внешним ядрам на достаточно близкое расстояние, чтобы вступать с ними в ядерную реакцию (реакцию холодного ядерного синтеза). Так, например, доставка протона в электронном облаке к ядрам никеля эквивалентна энергии налетающего протона 1,015 кэВ. Такие реакции могут проходить в теплогенераторах Росси. В этих генераторах порошок никеля смешивается с порошком гидрида алюминия с литием (LiAlH₄). Порошок LiAlH₄ содержит значительное количество водорода на одну молекулу. При температурах смеси чуть более 1000°С начинается ядерная реакция с заметным тепловыделением и изменением изотопного состава никеля.

Для образования субатомов водорода необходимо чтобы электрон, который в силу своей малой массы очень подвижен относительно протона, был достаточно локализован. Для этого желательно чтобы электрон находился или был связан в некоторых состояниях, например, он может находиться в потенциальной яме на поверхности твёрдого тела. Тогда мимо пролетающий протон может на короткое время задержаться в области электрона и, таким образом, образовать субатомное состояние.

Субатомное состояние водорода, то есть новое состояние атома водорода, было предсказано впервые в работах Ю. Л. Ратиса «О возможности существования долгоживущего экзоатома «нейтроний», где он продемонстрировал возможность существования нового состояния водорода [2, с. 27-42]. Ему удалось доказать, что новое состояние водорода, обладающее новыми квантовыми свойствами, имеет конечное время существования.

3. Эксперимент

Мы стали исследовать свойства субатомов водорода путем проведения экспериментов, в которых проявляются именно субатомные свойства атомов водорода. Оказалось, что при магнетронном нанесении металлических плёнок в атмосфере аргона, при добавлении водорода, у пленок, которые осаживаются на мишени, меняется изотопный состав. То есть под влиянием водорода, который находится на поверхности металла (например, никелевых пластин), образуются субатомы водорода, которые приводят к изменению изотопного состава.

Известно, что при фотосинтезе в листьях происходит расщепление и ионизация воды с образованием ионов водорода, а так же других элементов [3, с. 56-77]. В связи с этим, мы предположили, что в процессе фотосинтеза можно ожидать образование субатомов водорода, которые могут проявить себя в виде специфического излучения, возникающего из-за перехода свободного электрона в субатомное состояние с энергией около 6 эВ.

Нам удалось наблюдать специфическое излучение растений при фотосинтезе. В отсутствии света денежное дерево (Сrassula ovata) излучает гамма-излучение одного типа, а при воздействии света к гамма-излучению добавляется надфоновое излучение с ярко выраженным пиком при длине волны 202 нм (короткий УФ) (рис. 2). Данный эффект наблюдался при использовании в эксперименте следующих растений: мандарин (Сitrus unshiu) с плотной кроной листьев, кактус (Сleistocaktus), пеларгония (Pelargоnium) [4].

Рис. 2. Исследование гамма-излучения от денежного дерева (Сrassula ovata) в процессе фотосинтеза и без него: экспериментальное оборудование (a), полученная разность радиационного фона при разных режимах освещения (б)

В дальнейшем было обнаружено, что подобное надфоновое излучение характерно и при брожении дрожжей. При размножении дрожжей, например, на никелевой решетке-сеточке, происходит образование новых макромолекул дрожжей в растворе сахара и воды. В процессе взаимодействия с клеточной стенкой диссоциированный водород может образовать субатомы водорода, при котором наблюдается надфоновое излучение (рис. 3a). Когда процесс размножения дрожжей подходит к концу, наблюдаемое надфоновое излучение становится меньше (рис. 3б).

Рис. 3. Измеренная разность радиационного фона в начале (а) и после 72 часов (б) брожения дрожжей

Естественным было бы предположить, что субатомы водорода образуются не только при размножении дрожжей и фотосинтезе растений, но участвуют и в других реакциях, проходящих в окружающей нас природе. Участвуя в ядерных реакциях субатом водорода, фактически приводит к ядерным низкотемпературным трансмутациям элементов.

4. Обсуждение

На основе полученных данных была построена теория, которая показала, что субатомы водорода в своём состоянии могут с высокой вероятностью участвовать в ядерных реакциях. Единственное, что замедляет эти реакции – это малое время жизни субатомных состояний. То есть субатом водорода является промежуточным состоянием, в котором электрон может перейти в основное состояние водорода с энергией 13,5 эВ с излучением квантов.

Из-за технических ограничений, используемых при измерениях дозиметров, нам не удалось зарегистрировать это излучение. Тем не менее расчеты показывают, что такие реакции возможны: они наблюдаются в природе, технических и лабораторных экспериментах. В целом, в настоящее время, ядерные низкотемпературные трансмутации элементов наблюдаются во многих экспериментах в разных странах, в разных научных коллективах. На текущий момент предложено около ста моделей, которые объясняют это явление.

5. Заключение

Наши эксперименты соответствуют ранее выдвинутой теории и подтверждают существование субатомов водорода. Стоит отметить, что субатомные состояния можно получить не только на поверхности твёрдых тел при попадании туда водорода, но и с помощью излучения. То есть, если обычный водород облучать резонансным излучением на длинных волнах, которые соответствуют субатомному состоянию, то часть атомов водорода должна переходить в субатомное состояние. Подобные эксперименты проводил А. Г. Пархомов, облучая специальным излучением пробирки с растворами и наблюдая изменения изотопных составов этих растворов, т. е. протекание субатомных ядерных реакции [5, с. 49-66].

Итальянец Росси разработал и создал никель-водородный теплогенератор с КПД около 15%, в котором наблюдалась низкотемпературная ядерная реакция. В отходах реакции было обнаружено множество новых изотопов, в том числе никеля [6].

Можно предположить, что при разработке методов, позволяющих увеличить время жизни атомов в субатомном состоянии, появится возможность выйти на промышленное применение низкотемпературных ядерных трансмутации. Это аналогично тому, как увеличение времени жизни плазмы в термоядерном реакторе может позволить увеличить вероятность ядерных реакций и интенсивность излучения, а так же в целом сказаться на тепловыделении. Поэтому, разработка методов увеличения жизни в субатомном состоянии является актуальной задачей и необходимы дальнейшие фундаментальные исследования субатомов водорода в живой природе.

Подробно о субатомах водорода и их применении можно прочитать в книгах, которые мне удалось издать, а именно:

1. Неволин В.К. Субатомы водорода в технических и биологических системах // Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2019. – 124 с.
2. Неволин В.К. Субатомы водорода в экспериментах // Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2021. – 152 с.

А также в статье:

Неволин В.К. О возможности низкотемпературной ядерной трансмутации элементов // The Way of Science. – 2014. – Т. 5. – № 123. – С. 6-11.