¿Cómo se vería la materia de neutrones a simple vista?

Esto es principalmente una conjetura, basada en la física y el sentido común.

Sabemos que los fotones se acoplan a otras partículas (cargadas) a través de la fuerza electromagnética. Mientras que los propios neutrones tienen carga cero, están compuestos por quarks enlazados (u,d,d), que están cargados y con los cuales los fotones podrían interactuar .

La densidad de la materia de neutrones puros sería extremadamente alta , por lo que incluso una pequeña cantidad contendría una gran cantidad de neutrones y, por lo tanto, muchas oportunidades para que los fotones interactúen con los quarks. Los fotones se dispersarán directamente de los neutrones o inducirán brevemente un estado excitado , que decaerá del orden de$10^{-24}$s , emitiendo un fotón de energía equivalente.

Como modelo simple, esto no es demasiado diferente conceptualmente de por qué las nubes aparecen de la forma en que lo hacen (blancas cuando son delgadas, negras cuando son densas, si la fuente de luz está detrás de la nube). Por lo tanto, conjeturaría que un trozo de materia neutrónica parecería negro si estuviera frente a una fuente de luz y blanco si estuviera detrás.

Dejando de lado la naturaleza muy hipotética de su pregunta (el neutronio o la materia de neutrones puros no pueden existir en una forma estable debido a la desintegración beta), la respuesta es que dependería de si lo estaba viendo en la luz que emitía o lo estaba iluminando.

Sin embargo, asumiendo que está frío, y por lo tanto no emite luz, y que lo iluminas con luz blanca, entonces parecerá transparente. Los neutrones no tienen un momento dipolar eléctrico, pero sí tienen un momento dipolar magnético. Esto significa que interactúan con los fotones y pueden dispersarlos de manera similar a los protones o electrones, pero la sección transversal es mucho más pequeña.

La sección transversal, cuando la energía del fotón es mucho menor que la energía de la masa en reposo del neutrón, es aproximadamente$3\times 10^{-81}\nu^2$metro$^2$, dónde$\nu$es la frecuencia del fotón ( Gould 1993 ).

Suponiendo luz visible con$\nu \sim 5\times 10^{14}$Hz y una densidad numérica de neutrones de$n\sim 10^{44}$metro$^{-3}$, entonces el camino libre medio del fotón en el material es$\sim 10^7$metro. Por lo tanto, un bulto del tamaño de un laboratorio será transparente a los fotones visibles.

De hecho, el camino libre medio sería más largo que esto porque el cálculo de la sección transversal asume que los estados de dispersión están disponibles para el neutrón. Si los neutrones son degenerados, entonces la tasa de dispersión se reduciría por otro factor de$k_BT/E_F$, dónde$E_F$era la energía de Fermi de los neutrones degenerados, ya que sólo podían participar los neutrones en la parte superior del "mar de Fermi". Por otro lado, la sección transversal es como$\nu^2$, por lo que es mucho más probable que los fotones de rayos X o rayos Gamma de mayor energía se dispersen.

Materia real de estrellas de neutrones, a densidades de unos pocos$10^{17}$kg/m2$^3$estaría formado por neutrones, protones y electrones en equilibrio beta. Si hace las sumas, encontrará que al igualar las energías de Fermi y exigir la conservación de bariones y la neutralidad de carga, hay del orden de 10 a 100 veces (depende de la densidad exacta) más neutrones que protones o electrones.

Hay fácilmente suficientes electrones para dispersar fotones visibles en cualquier pieza no microscópica de material de estrella de neutrones (el hecho de que los electrones estén degenerados, no hace ninguna diferencia aquí, porque los interiores típicos de las estrellas de neutrones están a millones, si no miles de millones de grados, en comparación con decenas de MeV electrones energías de Fermi y$\sim$fotones eV). Por lo tanto, será completamente opaco.

En cuanto a su apariencia no sabría decir; Estoy seguro de que estaría determinado por las cosas que suceden en la superficie. Supongo que diría que se comporta como un dispersor perfecto y que si tiene una superficie lisa parecería un espejo. Sin embargo, es totalmente hipotético, ya que no veo cómo se puede evitar que la materia de la estrella de neutrones vuelva a su composición de equilibrio de baja densidad en la superficie, es decir, vuelva a convertirse en núcleos de pico de hierro. Desde esta vista no hipotética, sospecho que su trozo de material de estrella de neutrones sería una aproximación bastante buena a un cuerpo negro a cualquier temperatura que tuviera y absorbería casi toda la luz que incide sobre él.

Aunque el neutronio se usa mucho en ciencia ficción, obtuve una opinión diferente de un video de un investigador que puso su iPhone en un haz de neutrones para ver qué pasaba (pero esa es otra historia).

Señaló que una bola de neutronio del tamaño de una canica no solo necesitaría un "campo de fuerza" SF para mantenerla bajo presión, sino que también estaría en estasis temporal porque emitiría tanta energía como una cantidad ridícula de armas atómicas por segundo .

Un campo de estasis de tiempo bloquearía la vista de cualquier cosa dentro de él (en las historias de Larry Nivin son espejos perfectos) y no puede ser efectivamente transparente porque el tiempo detenido en su interior impediría que la luz viniera o se fuera.

Si estuviera contenido y estabilizado de alguna manera que no lo cubriera, ¿cómo sería? Los objetos a granel reflejan la luz de forma selectiva para dar color, debido a que los electrones se mezclan en una especie de red que tiene muchas formas de acumular energía para "tomar" la luz de cualquier frecuencia. Un gas de elemento puro mostraría líneas espectrales, yendo o viniendo según sea el caso, e ignora la luz de diferentes frecuencias porque solo hay presentes niveles de energía específicos. Entonces, por ejemplo, sería perfectamente transparente, excepto por un poco de amarillo eliminado. Oye, suena como el aire , agradable y claro en nuestro rango de frecuencias.

Entonces, ¿los electrones en nuestra muestra son una malla como un grano mineral, delicados como un gas o líquidos como un metal? Uh... ¿Qué electrones? En realidad, cualquier partícula cargada servirá. No, ninguno de ningún tipo, solo neutrones.

Entonces, sería perfectamente transparente . Sin considerar las lentes de gravedad y los efectos de lo que sea que lo estabilice. O tal vez no ... si es realmente "como una estrella de neutrones", tendría otras cosas en equilibrio, además de una corteza de otros materiales que lo cubre para que no pueda verlo de todos modos, así que supongamos neutrones puros contenidos de alguna manera. Pero, en un escenario de historia que te daría licencia para dejarlo claro, blanco, negro o espejo, "dependiendo".

En realidad, los neutrones tienen una separación concéntrica de cargas, por lo que desde el exterior las cargas concéntricas se cancelan, pero ¿eso podría dar algunos grados de libertad para que la luz interactúe? Si las cargas de la piel pueden mezclarse de alguna manera y funcionar como un grano mineral, creo que no reaccionaría a nada menos que a los rayos X duros, por lo que sigue siendo invisible para nuestros ojos.

Los efectos de un momento dipolar eléctrico muy pequeño (y quiero decir muy ) más allá del modelo estándar serían correspondientemente pequeños, así que no espere que se descubra nada visible de los efectos desconocidos.

¿Afecta el magnetismo a la luz, si es muy fuerte? Esa es una pregunta para otro tema. Si pudieras conseguir que todos los neutrones alinearan sus campos...

De Wikipedia:

Dineutron: El dineutrón, que contiene dos neutrones, se observó sin ambigüedades en 2012 en la desintegración del berilio-16. No es una partícula unida, pero se ha propuesto como un estado de resonancia de vida extremadamente corta producido por reacciones nucleares que involucran tritio. Se ha sugerido que tiene una existencia transitoria en las reacciones nucleares producidas por heliones (núcleos de helio 3, completamente ionizados) que resultan en la formación de un protón y un núcleo que tiene el mismo número atómico que el núcleo objetivo pero un número de masa dos unidades mayor. . La hipótesis del dineutrón se había utilizado en reacciones nucleares con núcleos exóticos durante mucho tiempo. Varias aplicaciones del dineutrón en reacciones nucleares se pueden encontrar en artículos de revisión. Se ha demostrado que su existencia es relevante para la estructura nuclear de núcleos exóticos. Un sistema formado por sólo dos neutrones no está ligado, aunque la atracción entre ellos es casi suficiente para hacerlos así. Esto tiene algunas consecuencias sobre la nucleosíntesis y la abundancia de los elementos químicos. Trineutrón: no se ha detectado un estado de trineutrón que consta de tres neutrones unidos y no se espera que exista [cita requerida] ni siquiera por un período breve. Tetraneutrón: Un tetraneutrón es una partícula hipotética que consta de cuatro neutrones unidos. Los informes de su existencia no han sido replicados. Un tetraneutrón es una partícula hipotética que consta de cuatro neutrones unidos. Los informes de su existencia no han sido replicados. Un tetraneutrón es una partícula hipotética que consta de cuatro neutrones unidos. Los informes de su existencia no han sido replicados.

Así que consideremos el dineutrón primero. No veo ninguna razón por la que los neutrones no tengan orbitales asociados (y correlacionados, en el caso de una estrella de neutrones), causados ​​por la fuerza fuerte (esta es la más importante). Supongamos que los neutrones están en un estado excitado. Cuando vuelven al estado fundamental, no se producirán fotones porque la fuerza que mantiene unidos a los neutrones es la fuerza nuclear fuerte. Entonces, ¿qué emite el sistema? Gluones no virtuales. Y ciertamente no hay fotones, por lo que el neutronio es oscuro.

Se demostró por primera vez de forma concluyente que los gluones existen en 1979, aunque la teoría de las interacciones fuertes (conocida como QCD) había predicho su existencia antes. Los gluones fueron detectados por los chorros de partículas hadrónicas que producen en un detector de partículas poco después de su creación.

Entonces, aunque el neutronio no tiene color, puede ser "visto" (sin color) por los detectores de partículas.

Una cosa más. Los fotones gamma no pueden interactuar con los quarks cargados porque la fuerte fuerza que mantiene unidos a los quarks es demasiado fuerte incluso para que la supere un fotón gamma.

Por lo tanto, en las estrellas de neutrones (consideradas como un sistema multineutronio), repletas de neutrones, será transparente a todo tipo de fotones. Entonces la estrella no absorbe ni emite fotones, por lo que no se ve.

La materia hipotética a la que te refieres se llama neutronio . Es básicamente un enorme núcleo de neutrones puros. El problema es que la física actual predice que se desintegraría instantáneamente a través de la desintegración radiactiva y explotaría como una bomba atómica. así se vería.

Editar: mi respuesta se refiere al único caso cualitativamente diferente del caso de la estrella de neutrones, porque la única fuerza que podría mantener unido su núcleo es la gravedad.

aquí se puede despreciar la desintegración de los neutrones individuales.

Editar: Y ahora tengo la estrella de neutrones enfriándose :

Después de varios miles de millones de años, todavía están a muchos miles de grados, y se necesitaría un gran múltiplo de la edad del universo para alcanzar la temperatura ambiente (los valores exactos dependen de las incógnitas sobre la estrella de neutrones; por ejemplo, importa cuánta energía han perdido en neutrinos). La superficie de tal estrella probablemente estaría hecha de hidrógeno en largas cadenas de átomos. A temperatura ambiente, la emisión sería casi toda en el infrarrojo, por lo que la estrella aparecería completamente oscura. Si hicieras brillar una luz sobre la estrella de neutrones, su apariencia dependería de si ha mantenido su fuerte campo magnético. Si es así, la luz no sería absorbida hasta bastante profundo en la atmósfera, y cuando fuera radiada estaría nuevamente en el infrarrojo, por lo que parecería negra. Si el campo magnético hubiera decaído, la estrella podría tener un destello metálico; No estoy seguro, porque es difícil proyectar el aspecto óptico de un objeto así.

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

tenga en cuenta que lo más probable es que no pueda obtener un fenómeno cualitativamente diferente incluso si reemplaza la gravedad con una fuerza ficticia de su elección.