¿Pueden los núcleos "licuarse" alguna vez?

Question

He estado leyendo sobre la materia degenerada y cómo las temperaturas y presiones extremas pueden afectar a la forma en que se organiza. El plasma es un tipo de materia en el que la energía de la materia permite que los electrones fluyan libremente a través de ella en una especie de sopa.

¿Podría la materia ser empujada a un estado en el que los núcleos se separen y sólo quede un "fluido" de protones, neutrones y electrones, en el que quizá sólo queden pequeños átomos? Si es así, ¿qué se necesitaría para formar este tipo de materia?

Edición: para aclarar, no estoy buscando el plasma de quark-gluones. Me refiero específicamente a un estado en el que el núcleo deja de serlo pero los protones y neutrones permanecen intactos.

Answer 1

Esto es exactamente lo que ocurre con los núcleos de una estrella de neutrones cuando las densidades superan los $10^{17}$ kg/m $^3$ la mayor parte de una estrella de neutrones (por su masa) se encuentra probablemente en esta fase. Lo que se requiere es una alta densidad, que crea altas energías de Fermi de las partículas, permitiendo niveles extremos de neutronización. Como resultado de las altas energías de Fermi también necesito el material para ser confinado gravitacionalmente en un bulto de tamaño estelar, porque el material tiene una densidad de energía interna increíblemente alta.

Los núcleos primero se vuelven extremadamente grandes y ricos en neutrones, luego se rodean de un fluido neutrónico degenerado por encima de densidades de $4\times 10^{14}$ kg/m $^3$ . Alrededor de $3\times 10^{16}$ kg/m $^3$ los núcleos se vuelven inestables a la fisión, pero al estar tan estrechamente empaquetados, en lugar de romperse en núcleos más pequeños y aislados, es energéticamente más favorable formar cadenas y láminas de materia nuclear conocidas como pasta nuclear. Las formas exactas están determinadas por la competencia entre las energías superficiales y la repulsión de Coulomb debida a los protones nucleares restantes.

Finalmente, la energía de enlace de estas construcciones no es lo suficientemente grande, los protones empiezan a escurrirse de la materia nuclear y se vuelve energéticamente favorable para que todo se disuelva en un fluido de neutrones principalmente, con una pequeña fracción (1%) de protones degenerados y electrones en "equilibrio beta".

El esquema que se muestra a continuación está extraído de un conocido estudio de Chamel & Haensel (2008) y muestra la progresión con la densidad en el interior de la estrella de neutrones.

Answer 2

Sí, ese estado se llama plasma de quark-gluón . Los núcleos atómicos, e incluso los protones y neutrones individuales que los componen, se disuelven y los quarks individuales que los componen corren por ahí interactuando sólo débilmente entre sí. Se produce a temperaturas y presiones extremadamente altas. Se cree que se ha observado experimentalmente en aceleradores de alta energía, pero la situación no es concluyente.

En respuesta a tu edición: No estoy seguro, pero creo que sólo hay una transición de fase real, en la que tanto los núcleos como los nucleones se disuelven simultáneamente. Pero probablemente hay un rango de temperatura intermedio justo por debajo de la temperatura de Hagedorn en el que los nucleones están mucho más unidos que los núcleos, lo que cualitativamente se parecería a ese estado en las escalas de longitud intermedias entre los radios de unión.