Wie würde Neutronenmaterie mit bloßem Auge erscheinen?

Dies ist hauptsächlich eine Vermutung, die auf Physik und gesundem Menschenverstand basiert.

Wir wissen, dass Photonen über die elektromagnetische Kraft an andere (geladene) Teilchen koppeln. Während Neutronen selbst keine Ladung haben, bestehen sie aus gebundenen (u,d,d)-Quarks, die geladen sind und mit denen die Photonen wechselwirken könnten .

Die Dichte reiner Neutronenmaterie wäre extrem hoch , sodass selbst eine kleine Menge davon viele Neutronen enthalten würde und somit viele Möglichkeiten für Photonen, mit Quarks zu interagieren. Photonen streuen entweder direkt an den Neutronen oder induzieren kurz einen angeregten Zustand , der in der Größenordnung von zerfallen würde$10^{-24}$s , wobei ein Photon gleicher Energie emittiert wird.

Als einfaches Modell unterscheidet sich dies konzeptionell nicht allzu sehr davon, warum Wolken so erscheinen, wie sie es tun (weiß, wenn dünn, schwarz, wenn dicht - wenn sich die Lichtquelle hinter der Wolke befindet). Daher würde ich vermuten, dass ein Klumpen neutronischer Materie vor einer Lichtquelle schwarz und hinter ihr weiß erscheinen würde.

Abgesehen von der sehr hypothetischen Natur Ihrer Frage - Neutronium oder reine Neutronenmaterie können aufgrund des Beta-Zerfalls nicht in stabiler Form existieren - lautet die Antwort, dass es davon abhängen würde, ob Sie sie in dem von ihr emittierten Licht betrachteten oder ob Sie sie beleuchteten.

Angenommen, es ist kalt und emittiert daher kein Licht und Sie beleuchten es mit weißem Licht, dann erscheint es transparent. Neutronen haben kein elektrisches Dipolmoment, aber sie haben ein magnetisches Dipolmoment. Das bedeutet, dass sie mit Photonen interagieren und diese ähnlich wie Protonen oder Elektronen streuen können, aber der Wirkungsquerschnitt ist viel kleiner.

Der Querschnitt, wenn die Photonenenergie viel kleiner ist als die Neutronenruhemassenenergie, ist ungefähr$3\times 10^{-81}\nu^2$m$^2$, wo$\nu$ist die Photonenfrequenz ( Gould 1993 ).

Unter der Annahme von sichtbarem Licht mit$\nu \sim 5\times 10^{14}$Hz und einer Neutronenzahldichte von$n\sim 10^{44}$m$^{-3}$, dann ist die mittlere freie Weglänge des Photons im Material$\sim 10^7$m. Somit ist ein Klumpen in Laborgröße für sichtbare Photonen transparent.

Tatsächlich wäre die mittlere freie Weglänge länger, weil die Berechnung des Wirkungsquerschnitts davon ausgeht, dass Streuzustände für das Neutron vorhanden sind. Wenn die Neutronen entartet sind, dann würde die Streurate um einen weiteren Faktor von reduziert werden$k_BT/E_F$, wo$E_F$war die Fermi-Energie der entarteten Neutronen, da nur Neutronen an der Spitze des "Fermi-Meeres" teilnehmen konnten. Andererseits geht der Querschnitt als$\nu^2$, so dass Röntgen- oder Gammastrahlenphotonen mit höherer Energie viel wahrscheinlicher gestreut werden.

Echte Neutronensternmaterie mit einer Dichte von wenigen$10^{17}$kg/m$^3$aus Neutronen, Protonen und Elektronen im Beta-Gleichgewicht bestehen würde. Wenn Sie die Summen machen, stellen Sie fest, dass durch Gleichsetzen der Fermi-Energien und Forderung nach Baryonenerhaltung und Ladungsneutralität 10-100-mal (abhängig von der genauen Dichte) mehr Neutronen als Protonen oder Elektronen vorhanden sind.

Es gibt leicht genug Elektronen, um sichtbare Photonen in jedem nicht mikroskopisch kleinen Stück Neutronensternmaterial zu streuen (die Tatsache, dass die Elektronen entartet sind, spielt hier keine Rolle, da das Innere eines typischen Neutronensterns im Vergleich dazu Millionen, wenn nicht Milliarden Grad beträgt Zehn MeV Elektronen-Fermi-Energien und$\sim$eV-Photonen). Es wird daher vollständig undurchsichtig sein.

Über sein Aussehen konnte ich nichts sagen; Ich bin sicher, es würde von den Dingen bestimmt werden, die an der Oberfläche vor sich gehen. Vermutlich verhält es sich wie ein perfekter Streuer, und wenn es eine glatte Oberfläche hat, würde es wie ein Spiegel aussehen. Völlig hypothetisch, da ich nicht sehe, wie Sie verhindern können, dass die Neutronensternmaterie an der Oberfläche in ihre Gleichgewichtszusammensetzung mit niedriger Dichte zurückkehrt - dh sich wieder in Eisenspitzenkerne verwandelt. Aus dieser nicht hypothetischen Sichtweise vermute ich, dass Ihr Klumpen Neutronensternmaterial bei jeder Temperatur, die Sie haben, eine ziemlich gute Annäherung an einen schwarzen Körper wäre und fast das gesamte auf ihn einfallende Licht absorbieren würde.

Obwohl Neutronium in SF häufig verwendet wird, habe ich eine andere Sichtweise auf ein Video eines Forschers, der sein iPhone in einen Neutronenstrahl hält, um zu sehen, was passiert (aber das ist eine andere Geschichte).

Er wies darauf hin, dass eine Kugel aus Neutronium in der Größe einer Murmel nicht nur ein SF-„Kraftfeld“ benötigen würde, um sie unter Druck zu halten, sondern auch in Zeitstasis wäre, weil sie so viel Energie abgeben würde wie eine lächerliche Anzahl von Atomwaffen pro Sekunde .

Ein Zeitstasisfeld würde alles darin versperren (in Larry Nivins Geschichten sind sie perfekte Spiegel) und kann nicht effektiv transparent sein, weil die gestoppte Zeit darin das Licht daran hindern würde, zu kommen oder zu gehen.

Wenn es auf irgendeine Weise eingedämmt und stabilisiert wäre, die es nicht verhüllt, wie könnte es dann aussehen? Massenobjekte reflektieren Licht selektiv, um Farbe zu geben, da sich die Elektronen zu einem Netz von Arten vermischen, die viele Möglichkeiten haben, Energie zu speichern, also Licht jeder Frequenz "aufzunehmen". Ein reines Elementgas würde je nach Fall kommende oder gehende Spektrallinien zeigen und ignoriert Licht unterschiedlicher Frequenzen, da nur bestimmte Energieniveaus vorhanden sind. So wäre es zum Beispiel vollkommen transparent, abgesehen von einem schmalen Stück Gelb, das herausgenommen wird. Hey, klingt wie Luft , schön und klar in unserem Frequenzbereich.

Sind die Elektronen in unserer Probe also ein Netz wie ein Mineralkorn, fein wie ein Gas oder flüssig wie ein Metall? Äh... was für Elektronen? Eigentlich reicht jedes geladene Teilchen. Nein, nichts, nur Neutronen.

Es wäre also vollkommen transparent . Ohne Berücksichtigung des Gravitationslinseneffekts und der Auswirkungen dessen, was ihn stabilisiert. Oder vielleicht auch nicht ... wenn es wirklich "wie ein Neutronenstern" ist, hätten Sie andere Dinge im Gleichgewicht, und eine Kruste aus anderen Materialien bedeckt es, sodass Sie es sowieso nicht sehen können. Nehmen wir also an, irgendwie reine enthaltene Neutronen. Aber in einer Story-Umgebung, die Ihnen die Lizenz geben würde, es klar zu machen, schwarz, weiß oder spiegelverkehrt, "abhängig".

Tatsächlich haben Neutronen eine konzentrische Ladungstrennung, also heben sich die konzentrischen Ladungen von außen auf, aber könnte dies dem Licht einige Freiheitsgrade geben, mit denen es interagieren kann? Wenn die Ladungen der Haut irgendwie miteinander verschmelzen und wie ein Mineralkorn funktionieren könnten, würde sie meiner Meinung nach auf nichts Geringeres als harte Röntgenstrahlen reagieren, also immer noch für unsere Augen unsichtbar.

Auswirkungen eines sehr kleinen elektrischen Dipolmoments (und ich meine sehr ) jenseits des Standardmodells wären entsprechend klein, also erwarten Sie nichts Sichtbares von unbekannten Effekten, die noch entdeckt werden müssen.

Beeinflusst Magnetismus das Licht, wenn er sehr stark ist? Das ist eine Frage für ein anderes Thema. Wenn Sie alle Neutronen dazu bringen könnten, ihre Felder auszurichten...

Aus Wikipedia:

Dineutron: Das Dineutron, das zwei Neutronen enthält, wurde 2012 eindeutig beim Zerfall von Beryllium-16 beobachtet. Es ist kein gebundenes Teilchen, sondern wurde als extrem kurzlebiger Resonanzzustand vorgeschlagen, der durch Kernreaktionen mit Tritium erzeugt wird. Es wurde vorgeschlagen, dass es eine vorübergehende Existenz in Kernreaktionen hat, die von Helionen (Helium-3-Kerne, vollständig ionisiert) erzeugt werden, die zur Bildung eines Protons und eines Kerns mit der gleichen Ordnungszahl wie der Zielkern, aber einer um zwei Einheiten größeren Masse führen . Die Dineutron-Hypothese wurde lange Zeit bei Kernreaktionen mit exotischen Kernen verwendet. Mehrere Anwendungen des Dineutrons in Kernreaktionen können in Übersichtsarbeiten gefunden werden. Seine Existenz hat sich als relevant für die Kernstruktur exotischer Kerne erwiesen. Ein System aus nur zwei Neutronen ist nicht gebunden, obwohl die Anziehungskraft zwischen ihnen fast ausreicht, um sie dazu zu bringen. Dies hat einige Konsequenzen für die Nukleosynthese und die Häufigkeit der chemischen Elemente. Trineutron: Ein Trineutron-Zustand, der aus drei gebundenen Neutronen besteht, wurde nicht nachgewiesen und wird auch für kurze Zeit nicht erwartet [Zitieren erforderlich]. Tetraneutron: Ein Tetraneutron ist ein hypothetisches Teilchen, das aus vier gebundenen Neutronen besteht. Berichte über seine Existenz wurden nicht repliziert. Ein Tetraneutron ist ein hypothetisches Teilchen, das aus vier gebundenen Neutronen besteht. Berichte über seine Existenz wurden nicht repliziert. Ein Tetraneutron ist ein hypothetisches Teilchen, das aus vier gebundenen Neutronen besteht. Berichte über seine Existenz wurden nicht repliziert.

Betrachten wir also zunächst nur das Dineutron. Ich sehe keinen Grund, warum die Neutronen keine assoziierten (und im Fall eines Neutronensterns korrelierten) Orbitale haben, die durch die starke Kraft verursacht werden (dies ist das Wichtigste). Angenommen, die Neutronen befinden sich in einem angeregten Zustand. Wenn sie in den Grundzustand zurückfallen, werden keine Photonen erzeugt, da die Kraft, die die Neutronen zusammenhält, die starke Kernkraft ist. Was gibt das System dann aus? Nicht virtuelle Gluonen. Und sicherlich keine Photonen, also ist Neutronium dunkel.

Die Existenz von Gluonen wurde erstmals 1979 endgültig bewiesen, obwohl die Theorie der starken Wechselwirkungen (bekannt als QCD) ihre Existenz früher vorhergesagt hatte. Gluonen wurden von den Strahlen hadronischer Teilchen entdeckt, die sie kurz nach ihrer Entstehung in einem Teilchendetektor erzeugen.

Obwohl Neutronium keine Farbe hat, kann es von Teilchendetektoren "gesehen" werden (ohne Farbe).

Eine Sache noch. Gamma-Photonen können nicht mit den geladenen Quarks interagieren, weil die starke Kraft, die die Quarks zusammenhält, selbst für ein Gamma-Photon zu stark ist, um sie zu überwinden.

Daher wird es in Neutronensternen (die als Multi-Neutronium-System betrachtet werden), die mit Neutronen gefüllt sind, für jede Art von Photon durchlässig sein. Der Stern absorbiert also keine Photonen und sendet auch keine Photonen aus, sodass er nicht gesehen werden kann.

Die hypothetische Materie, auf die Sie sich beziehen, heißt Neutronium . Es ist im Grunde ein riesiger Kern aus reinen Neutronen. Das Problem ist, dass die aktuelle Physik vorhersagt, dass es sofort durch radioaktiven Zerfall zerfallen und ähnlich wie eine Atombombe explodieren würde. so würde es aussehen.

Bearbeiten: Meine Antwort betrifft den einzigen qualitativ unterschiedlichen Fall vom Fall des Neutronensterns, da die einzige Kraft, die Ihren Kern zusammenhalten könnte, die Schwerkraft ist.

der Zerfall einzelner Neutronen kann hier vernachlässigt werden.

Bearbeiten: Und jetzt habe ich den abkühlenden Neutronenstern :

Nach mehreren Milliarden Jahren haben sie immer noch viele tausend Grad, und es würde ein großes Vielfaches des Alters des Universums dauern, um Raumtemperatur zu erreichen (genaue Werte hängen von Unbekannten über den Neutronenstern ab; zum Beispiel ist es wichtig, wie viel Energie sie haben an Neutrinos verloren). Die Oberfläche eines solchen Sterns würde wahrscheinlich aus Wasserstoff in langen Atomketten bestehen. Bei Raumtemperatur würde die Emission fast ausschließlich im Infrarotbereich liegen, sodass der Stern völlig dunkel erscheinen würde. Wenn Sie den Neutronenstern beleuchten würden, würde sein Aussehen davon abhängen, ob er sein starkes Magnetfeld aufrechterhalten hat. In diesem Fall würde das Licht erst ziemlich tief in der Atmosphäre absorbiert, und wenn es ausgestrahlt würde, wäre es wieder im Infrarotbereich, würde also schwarz erscheinen. Wenn das Magnetfeld abgeklungen wäre, der Stern könnte einen metallischen Schimmer haben; Ich bin mir nicht sicher, weil es schwierig ist, das optische Aussehen eines solchen Objekts zu projizieren.

http://www.astro.umd.edu/~miller/teaching/questions/neutron.html

Beachten Sie, dass Sie höchstwahrscheinlich kein qualitativ anderes Phänomen erhalten können, selbst wenn Sie die Schwerkraft durch eine fiktive Kraft Ihrer Wahl ersetzen.