Kann ein Kern (aus Neutronen) ohne ein EM-Feld existieren?

Der reinen Neutronenmaterie kommen Sie in der Natur am nächsten, die Kernmaterie in Neutronensternen, aber sie ist auch nicht rein, da sie von Protonen und Elektronen durchdrungen ist. Neutronen sind 1,4 MeV schwerer als Protonen und neigen dazu, einem Beta-Zerfall zu unterliegen$pe\bar{\nu }$, es sei denn, es wird durch das Ausschlussprinzip und eine Fülle von Protonen, Elektronen oder Antineutrinos in der Nähe stabilisiert. Ohne die Coulomb-Abstoßung zwischen Protonen hätte gewöhnliche Kernmaterie mehr Protonen als schwerere Neutronen!

Konzentrieren wir uns auf Kernmaterie. Erinnern Sie sich daran, dass in einem nicht wechselwirkenden Fermi-Gas alle Impulszustände unterhalb der sphärischen Fermi-Fläche des Radius liegen${{p}_{F}}$sind gefüllt. Die Bedingung für die allgemeine elektrische Neutralität ist$p_{p}^{3}=p_{e}^{3}$, basierend auf dem Volumen innerhalb der Fermisphäre. Bei Nulltemperatur können wir das chemische Potential mit der entsprechenden Energie identifizieren,$\mu ={{E}_{F}}=\sqrt{p_{F}^{2}+{{m}^{2}}}$. Die Bedingung für das chemische Gleichgewicht ist${{\mu }_{n}}={{\mu }_{p}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$. Wechselwirkungen bringen die Fermi-Oberfläche durcheinander, verändern das Gleichgewicht aber nicht wesentlich. Da Kernkräfte ladungsunabhängig sind, verzerren sie den Unterschied nicht${{\mu }_{n}}-{{\mu }_{p}}$.

Wenn sich ein Neutronenstern bildet, unterliegen die meisten Protonen einem inversen Beta-Zerfall, und es scheint sicher anzunehmen, dass die Neutrinos daher entkommen${{\mu }_{{\bar{\nu }}}}=-{{\mu }_{\nu }}=0$. Wir haben jetzt genug Bedingungen, um die Anteile von Neutronen, Protonen und Elektronen bei jeder gegebenen Dichte zu bestimmen.

Kosmologisch relevanter ist das chemische Potential von Neutrinos. Wenn Gott die Erschaffung des Universums seinem inkompetentesten Erzengelschüler übertragen hätte, der dann zu viele Antineutrinos in die Mischung gegossen hätte, hätten Sie möglicherweise nichts als reine Neutronenmaterie, und Sie wären nicht hier, um danach zu fragen. (Hmmm ... Neutronen statt Neuronen ... noch schlimmer als Steine ​​im Kopf zu haben.)

Bei Dichten weit über dem, was in Neutronensternen erwartet wird, würden sich die Nukleonen überlappen, daher wäre es genauer, in Quark-Materie zu denken, die u- und d -Quarks in drei Farben umfasst. Die Bedingungen werden${{\mu }_{d}}={{\mu }_{u}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$Und$-p_{e}^{3}+\tfrac{2}{3}(3)p_{u}^{3}-\tfrac{1}{3}(3)p_{d}^{3}=0$.

Der Zwei-Neutronen-Zustand (das Dineutron ) ist als ungebunden bekannt . Soweit ich weiß, wurden keine endgültigen Berechnungen für die Zustände Trineutron, Quadneutron usw. durchgeführt, aber es wird erwartet, dass sie ebenfalls ungebunden sind.

In einigen Kommentaren wurde Neutronium erwähnt, aber ich bin mir nicht sicher, ob dies als gebundener Zustand gilt. Wir erwarten, dass es nur dort existiert, wo Gravitationskräfte die Neutronen zusammenhalten.