In Concepts In Thermal Physics von Blundell gibt es ein bestimmtes Argument , das ich nicht verstehen kann:
Ein freies Neutron kann mit einer mittleren Lebensdauer von ca Minuten, aber in Sternen müssen wir das Gleichgewicht berücksichtigen
Da die Elektronen relativistisch sind, ist ihre Fermi-Energie proportional zu , während die Neutronen nichtrelativistisch sind und daher ihre Fermi-Energie proportional zu ist . Somit kann bei hoher Dichte in der Reaktion ein Gleichgewicht eingestellt werden.Dies impliziert, dass der Fermi-Impuls der Elektronen viel kleiner ist als der von Neutronen und daher die Anzahldichte der Elektronen viel kleiner ist als die der Neutronen. Dadurch verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht auf die linke Seite.
Erstens, warum brauchen wir eine hohe Dichte, damit sich ein Gleichgewicht einstellt? Sobald dies wahr ist, denke ich, dass die anderen Dinge recht einfach zu erkennen sind.
Die Neutronen sind von einem dichten, entarteten Elektronen- (und Protonen-) Gas umgeben, das durch Neutronenzerfall entsteht . Die Entartung bedeutet, dass alle Energiezustände bis zu einem Maximalwert, der als Fermi-Energie bezeichnet wird, vollständig mit Elektronen gefüllt sind. Diese Fermi-Energie nimmt zu, wenn Sie das Elektronengas dichter machen.
Neutronen werden stabilisiert, wenn die Elektronengasdichte hoch genug ist. Die hohe Dichte ist erforderlich, um die Fermi-Energie der entarteten Elektronen hoch genug zu bringen, damit sie den üblichen Neutronen-Beta-Zerfall blockiert. Das heißt, jedes neu erzeugte Elektron hätte wahrscheinlich eine Energie, die niedriger als die Fermi-Energie des Elektrons ist, und da alle verfügbaren Energiezustände bis zur Fermi-Energie bereits gefüllt sind, kann das neue Elektron nicht erzeugt werden (aufgrund des Pauli-Ausschlussprinzips). , was verbietet, dass zwei Elektronen denselben Quantenzustand einnehmen).
Aber wenn die Dichte zunimmt, steigt auch die Fermi-Energie des Neutrons, und das bedeutet, dass das Zerfallselektron auch energiereicher sein kann. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Fermi-Energien miteinander in Beziehung stehen
Wenn die obige Gleichung bei Neutronensterndichten gelöst wird, stellt man fest, dass das Gleichgewicht bei etwa 1 Elektron (und Proton) pro 50 Neutronen erreicht ist, aber das Verhältnis wird bei höheren Dichten kleiner.
In der Natur ist ein einsames Neutron nicht stabil. Es wird, wie Sie über seine Halbwertszeit gesagt haben, ziemlich schnell zusammenbrechen. Denn das Neutron ist massiver und damit energiereicher als die Summe seiner Bestandteile; Die Natur tendiert immer zum minimalen energetischen Niveau und zu einem einsamen Neutron, das durch Zerfall erreicht wird. In einer hyperdichten Umgebung, wie in einem Neutronenstern, drückt die Schwerkraft jedoch all diese Teilchen mit einer solchen Kraft, dass sie von einem Weißen Zwerg oder einem Sternrest und einer Rekombination von Protonen und Elektronen in eine kompaktere Form übergehen, nämlich Neutronen.
Um Ihre Frage zu beantworten, ermöglicht eine hohe Dichte, dass ein ansonsten instabiles Teilchen stabil bleibt, da sein Zerfall kein Mittel mehr für eine energetische Freisetzung ist. Es mag hier in den Details etwas mehr Nuancen geben, aber das ist die allgemeine Idee.
PM 2Ring