Warum sind Dineutron und Diproton ungebunden?

Es ist bekannt, dass es keine Diprotonen- oder Dineutronenkerne gibt.

Bedeutet dies, dass zwei Protonen oder Neutronen nicht wirklich voneinander angezogen werden? Selbst wenn die Anziehung schwach wäre, würde sie nicht trotzdem gebundene Zustände hervorrufen?

Verwandte: Was wissen wir über die Wechselwirkungen zwischen den Protonen und Neutronen in einem Kern?

Dies schien zwei getrennte Fragen zu sein, und eine der Fragen war ein Duplikat dieser Frage: physical.stackexchange.com/q78107 Daher habe ich mir die Freiheit genommen, diesen Teil zu bearbeiten, um mich auf den anderen Teil zu konzentrieren. Hoffe das ist OK für dich.
Meine Frage war quantitativ, und jetzt haben Sie sie qualitativ gestellt. Ich hätte gerne einen Plot U(r)für Neutronen und Protonen.
OK, tut mir leid, wenn ich das vermasselt habe, was du wolltest. Ich denke jedoch, dass es besser wäre, wenn es von der Frage getrennt wäre, warum das Dineutron und das Diproton ungebunden sind. Wie wäre es, wenn Sie Ihre quantitative Frage stellen? U ( r ) als separate Frage? Aber eigentlich wird die Antwort aus den in meiner Antwort auf die qualitative Frage beschriebenen Gründen nicht genau definiert sein.
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@BenCrowell sicher stimme ich zu, deshalb habe ich Ihre Änderungen nicht rückgängig gemacht, da sie in Ordnung sind. Wenn es noch keine allgemeine Frage zur Nichtexistenz von nnund ppauf SE gibt, dann sollte sie natürlich hier sein.

Antworten (2)

Tolle Frage!

Meine Antwort wäre, dass wir, um einen gebundenen Zustand zu erreichen, ein Potential haben müssen, das tiefer ist als die kinetische Energie, die die beiden Teilchen haben. Wir haben eine bessere Chance, ein Potential mit der richtigen Tiefe zu erhalten, um zwei Nukleonen zu binden, wenn:

(1) Sie stoßen ladungsmäßig nicht ab. Im Vergleich zur Wechselwirkung mit Nukleonen ist die Coulomb-Kraft nicht so stark, aber dennoch eine Überlegung wert. Das lässt zwei Protonen als gebundenes System etwas weniger attraktiv erscheinen.

(2) Die beiden Nukleonen, die im Spin ausgerichtet sind, ergeben eine zusätzliche Bindung. Dies ist eine Eigenschaft der Kernkraft, in der es einen Begriff gibt

S 12 ( r ^ , r ^ ) = ( σ 1 ⋅ r ^ ) ( σ 2 ⋅ r ^ ) − 3 ( σ 1 ⋅ σ 2 ) .

Die beiden Nukleonen in einem Bahndrehimpulszustand von Null (Zustand niedrigster Energie) können sich im Spin nur ausrichten, wenn sie im Isospin gegengerichtet sind, durch Pauli-Ausschluss.

Der zweite Punkt ist der wichtigste: Nukleonen, die im Isospin anti-ausgerichtet sind, können im Spin in einem orbitalen Drehimpuls-Null-Zustand (S-Zustand) von Pauli ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung der Spins gibt ihnen die zusätzliche Bindung, die sie benötigen, um einen gebundenen Zustand zu bilden, aufgrund des Skalarprodukts beim Spin-in in der NN-Wechselwirkung, wie in dem von mir erwähnten Begriff. Ein Proton und ein Neutron sind im Isospin anti-ausgerichtet. Dies bedeutet, dass sie sich im Spin in einem S-Zustand ausrichten können, was ihnen das „zusätzliche“ bisschen Bindungsenergie gibt und sie gebunden bleiben lässt.

Willkommen bei Physics.SE! Dies ist eine großartige erste Antwort. Anders ausgedrückt könnte es sein, dass wir, wenn das Deuteron irgendwelche angeregten Spin-Singulett-Zustände hätte, nach Diproton- oder Dineutron-„Spiegelkernen“ mit ähnlichen Energien suchen könnten; das Deuteron hat jedoch keine gebundenen Erregungen.
Ich erinnere mich, dass ich gelesen habe, dass das Dineutron und das Diproton nur um ~ 0,1 MeV ungebunden sind, eine winzige Menge (obwohl ich im Moment keine Referenz dafür finden kann). Wenn also die starke Kraft nur ein bisschen stärker wäre, würden sie existieren.
Sie sagen also, das Proton und ein Neutron ziehen sich an, aber Neutronen können sich nicht stark genug anziehen, und Protonen können sich auch nicht stark genug anziehen? Es gibt also eine zusätzliche Anziehungskraft zwischen Protonen und Neutronen?
@ÁrpádSzendrei ja, es gibt die zusätzliche Anziehungskraft, weil im Gegensatz zum ausgerichteten Spin-Zustand erlaubt ist p p oder n n Fälle, wo es verboten ist.
@WillLevine: Ich erinnere mich, dass ich gelesen habe, dass das Dineutron und das Diproton nur um ~ 0,1 MeV ungebunden sind, eine winzige Menge (obwohl ich im Moment keine Referenz dafür finden kann). Wenn also die starke Kraft nur ein bisschen stärker wäre, würden sie existieren. In Bezug auf das Dineutron könnte die Zahl gemäß den experimentellen Ergebnissen von Thoennessen et al. von 2012 tatsächlich null sein. Aber das Diproton muss viel ungebundener sein, weil die Coulomb-Abstoßung in der Größenordnung von 1 MeV liegt.

Die Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung hat eine kurze Reichweite, ungefähr 1 fm. Wenn es also ein gebundenes Dineutron geben sollte, müssten die Neutronen in einem ungefähr so ​​großen Raum eingeschlossen sein. Die Heisenbergsche Unschärferelation schreibt dann eine minimale Unsicherheit in ihrem Impuls vor. Diese Menge an Dynamik liegt an der Grenze dessen, was theoretische Berechnungen vermuten lassen, gegen die die starke Kernkraft erfolgreich kämpfen könnte. Experimente im Jahr 2012 belegen, dass das Dineutron möglicherweise schwach gebunden ist oder dass es sich um einen Resonanzzustand handelt, der nahe genug an der Bindung liegt, um in einem Detektor die gleiche Art starker Korrelationen zu erzeugen, die Sie von einem Dineutron erhalten würden. Es scheint also, dass die starke Kernkraft nicht ganz stark genug ist, aber das ist nicht einmal experimentell klar.

Wenn das Dineutron nicht gebunden ist, ist das Diproton garantiert nicht gebunden. Die Kernwechselwirkung ist die gleiche wie im Dineutron, durch Isospin-Symmetrie, aber zusätzlich gibt es eine elektrische Abstoßung.

Sie sagen also, dass die Neutronen nur durch die starke Kraft der Protonen in einem Kern (der aus Protonen und Neutronen besteht) gehalten werden? Also haben die Protonen eine stärkere starke Kraft als die Neutronen? Denn basierend auf dem, was Sie sagen, würde selbst die starke Kraft der Protonen nicht ausreichen, um dem Impuls entgegenzuwirken (wegen der Unschärferelation).
@ÁrpádSzendrei, meines Wissens nach ist die Gesamtbindungskraft umso stärker, je mehr Nukleonen Sie haben. Bei Deuterium bin ich mir aber nicht sicher.
@ÁrpádSzendrei, diese Antwort erklärt, warum Deuterium stabil ist.
@ÁrpádSzendrei: Sie sagen also, dass die Neutronen nur durch die starke Kraft der Protonen in einem Kern (der Protonen und Neutronen hat) gehalten werden? Nein. Die Protonen haben also eine stärkere starke Kraft als die Neutronen? Nein, die Isospin-Symmetrie besagt, dass es gleich ist, nicht stärker. Dies ist kein Argument über Protonen und Neutronen, es ist einfach ein allgemeines Argument darüber, warum Systeme von Nukleonen nicht gebunden sein müssen, obwohl die Kernkraft anziehend ist. Verschiedene Systeme können gegenüber Partikelemission stabil oder metastabil sein, zB können Sie einen Alpha-Zerfall haben.
Warum sind Dineutron und Diproton ungebunden?
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