¿Puede existir un núcleo (hecho de neutrones) sin un campo EM?

Question

Entiendo que el campo EM tiene una carga EM y que un núcleo hecho de neutrones y protones tiene una carga EM opuesta, y esto atrae.

Y como la energía cinética del electrón (que lo haría volar) se repele, la atracción y la repulsión se igualan.

Así que el electrón se encuentra en un nivel de energía cuantificado estable en el campo EM (no cambiará su nivel de energía sin, por ejemplo, una absorción de fotones), y también hace que el núcleo sea estable.

Entiendo que el neutrón no tiene carga EM y que la fuerza fuerte y residual (fuerza nuclear) funciona entre dos neutrones, los mantiene pegados.

Pregunta:

1. ¿Puede existir un núcleo de sólo neutrones y ser estable? ¿Puede funcionar la fuerza nuclear entre dos neutrones incluso sin protones al lado?

2. ¿Puede este núcleo existir y ser estable (ya que no tiene carga EM) sin un campo EM?

Answer 1

Lo más parecido a la materia neutrónica pura que se puede encontrar en la naturaleza es la materia nuclear de las estrellas de neutrones, pero tampoco es pura, ya que está impregnada de protones y electrones. Los neutrones son 1,4 MeV más pesados que los protones y tienden a sufrir desintegración beta para $pe\bar{\nu }$ a menos que se estabilice por el principio de exclusión y una abundancia de protones, electrones o antineutrinos en las cercanías. Si no fuera por la repulsión de Coulomb entre protones, ¡la materia nuclear ordinaria tendría más protones que neutrones más pesados!

Concentrémonos en la materia nuclear. Recordemos que en un gas de Fermi no interactivo, todos los estados de momento por debajo de la superficie esférica de Fermi de radio ${{p}_{F}}$ se llenan. La condición para la neutralidad eléctrica global es $p_{p}^{3}=p_{e}^{3}$ , basado en el volumen dentro de la esfera de Fermi. A temperatura cero, podemos identificar el potencial químico con la energía correspondiente, $\mu ={{E}_{F}}=\sqrt{p_{F}^{2}+{{m}^{2}}}$ . La condición para el equilibrio químico es ${{\mu }_{n}}={{\mu }_{p}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$ . Las interacciones agitan la superficie de Fermi, pero en realidad no cambian el equilibrio de forma significativa. Como las fuerzas nucleares son independientes de la carga, no distorsionan la diferencia ${{\mu }_{n}}-{{\mu }_{p}}$ .

Cuando se forma una estrella de neutrones, la mayoría de los protones sufren una desintegración beta inversa, y parece seguro suponer que los neutrinos escapan, por lo que ${{\mu }_{{\bar{\nu }}}}=-{{\mu }_{\nu }}=0$ . Ahora tenemos suficientes condiciones para determinar las proporciones de neutrones, protones y electrones en cualquier densidad dada.

El potencial químico de los neutrinos es más relevante cosmológicamente. Si Dios hubiera asignado la creación del universo a su arcángel-entrenador más incompetente, que luego vertió demasiados antineutrinos en la mezcla, es muy posible que no tengas más que materia pura de neutrones, y no estarías aquí para preguntar por ello. (Hmmm... neutrones en lugar de neuronas... aún peor que tener piedras en la cabeza).

A densidades muy superiores a las esperadas en las estrellas de neutrones, los nucleones se solaparían, por lo que sería más exacto pensar en términos de materia de quarks, compuesta por u y d quarks en tres colores. Las condiciones se convierten en ${{\mu }_{d}}={{\mu }_{u}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$ y $-p_{e}^{3}+\tfrac{2}{3}(3)p_{u}^{3}-\tfrac{1}{3}(3)p_{d}^{3}=0$ .

Answer 2

El estado de dos neutrones (el dineutron ) se sabe que no está ligado . Por lo que sé, no se han hecho cálculos definitivos para los estados de trineutrón, cuatrenutrón, etc., pero se espera que tampoco estén ligados.

En un par de comentarios se ha mencionado el neutronio, pero no estoy seguro de que cuente como estado ligado. Esperamos que exista sólo donde las fuerzas gravitacionales mantienen unidos a los neutrones.