Was ist die Polarisierbarkeit eines Neutrons?

Es ist Lehrbuchwissen, dass Atome polarisierbar sind – das heißt, sie werden aufgrund der Verformung der Elektronenwellenfunktion(en) zu elektrischen Dipolen in elektrischen Feldern. Das liegt eigentlich daran, dass das Atom ein zusammengesetztes Objekt ist, das eine räumliche Ausdehnung hat. Es ist möglich, grobe Formeln für die Polarisierbarkeit von Atomen aufzustellen .

Neutronen und Protonen sind als Baryonen ebenfalls zusammengesetzte Objekte, die eine räumliche Ausdehnung (Radius um 1 fm ). Daher sollten sie polarisierbar sein. Wie groß ist die Polarisierbarkeit dieser Objekte? Entspricht es groben Modellen?

Eine schnelle Suche zeigt solche Ergebnisse für die Polarisierbarkeit des Neutrons , die auf einen experimentellen Wert von verweist 9 × 10 − 4 fm − 3 (in CGS-Einheiten), aber eine umfassendere Übersicht mit einer Beschreibung, wie die grobe Berechnung durchgeführt wird, wäre wünschenswert.

Ein Neutron hat Spin 1/2, also ja, es kann polarisiert werden. Nützlich zB für die Neutronenbeugung von magnetischen Materialien.
@JonCuster Ich spreche von elektrischer Polarisierbarkeit, nicht von magnetischer.
Die Bindung ist stark, sodass Sie nicht viel erwarten würden: Elektromagnetismus ist im Vergleich so schwach.

Antworten (1)

Das "Rohmodell", auf das Sie verlinken, ist im Wesentlichen eine Dimensionsanalyse. Es besagt, dass die Polarisierbarkeit a sollte mehr oder weniger gehorchen

a 4 π ϵ 0 ≈ A 3
Wo A , die Längeneinheiten haben muss, ist die einzige Längenskala, die in dem Problem verfügbar ist: der Radius oder Durchmesser der Ladungsverteilung des Atoms. Für Wasserstoff haben wir das „Bohrvolumen“ 4 π 3 A 0 3 ≈ 1 2 A 3 und experimentell a / 4 π ϵ 0 ≈ 2 3 A 3 . Größere Atome neigen auch dazu, polarisierbarer zu sein als kleinere Atome.

Wenn wir vermuten würden, dass die ähnlich normalisierte Polarisierbarkeit für das Neutron mit dem Volumen des Neutrons vergleichbar wäre, würden wir einen kleinen Schock erleben: Das Volumen des Neutrons ist es 4 π 3 ( 1 F M ) 3 aber seine Polarisierbarkeit wurde gemessen , um etwa einen Faktor von tausend kleiner zu sein, 10 − 3 F M 3 .

Aber ein Neutron sieht auch nicht sehr wie ein neutrales Atom aus. Ein Atom hat im Zentrum eine punktförmige positive Ladung und der größte Teil seines (zentralen) Volumens hat eine ungefähr gleichmäßige negative Ladung. Das Neutron scheint einen negativen Kern, eine positive Haut und einen negativen Heiligenschein zu haben. Vielleicht ermöglicht diese Mehrkomponenten-Ladungsverteilung eine Art Schiff-Screening , um den scheinbaren Dipoleffekt zu reduzieren? Oder vielleicht, wenn Ihr Modell für die Ladungsverteilung innerhalb des Neutrons darin besteht, dass es einen Bruchteil seiner Zeit als virtuelles Proton oder Delta verbringt, das von einem virtuellen Pion umkreist wird, ist die starke Wechselwirkung zwischen diesen Komponenten so "steif", dass das elektrische Feld gerade stört es nicht sehr?

Die Referenz, die Sie in Ihrer Frage gefunden haben, ist ein Bericht aus dem Jahr 2009 über eine Gitter-QCD-Berechnung, bei der die Neutronenpolarisierbarkeit um den Faktor drei falsch ist. Wenn dies vor acht Jahren der Stand der Technik war, ist es wahrscheinlich fair, sich darüber zu beschweren, dass „grobe Berechnungen“ der Neutronenpolarisierbarkeit das Beste sind, was derzeit jemand tun kann.

Was ist die Polarisierbarkeit eines Neutrons?
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