La mecánica cuántica de los estados ligados a la fuerza de Coloumb de los núcleos atómicos y los electrones conduce a la extremadamente rica teoría de las moléculas. En particular, creo que la riqueza de la teoría está relacionada con la gran proporción de masas entre el nucleón y el electrón. Esta relación de masa conduce a la aproximación de Born-Oppenheimer que da lugar a un complicado potencial efectivo para los núcleos que posee muchos mínimos locales: las moléculas.
Me pregunto si existen fenómenos analógicos en los que los estados ligados son gravitacionales. Parece que si tomamos una colección de moléculas y neutrinos eléctricamente neutros, debería ser posible formar una gran cantidad de estados ligados, en particular debido a la gran proporción de masa (no hace mucho tiempo considerada infinita) entre moléculas y neutriones. Por supuesto, los neutrinos son altamente relativistas y no puedo decir cómo afecta las cosas.
Ahora, incluso si dejamos solos a los neutrinos, el tamaño típico de tal estado ligado es
donde es la masa del protón. La calculadora de Google revela que esto es 3,8 millones de años luz. ¡Santo cielo! Sin embargo, esto es todavía mucho más pequeño que el universo observable. ¿Puede haber lugares en el universo suficientemente vacíos para contener tales estados ligados? ¿Cuál sería el efecto de los fenómenos relativistas generales (expansión del espacio)? EDITAR: Supongo que ningún lugar está lo suficientemente vacío al menos porque la radiación de fondo está en todas partes. ¿Quizás estas criaturas se volverán relevantes en un futuro muy lejano cuando la radiación de fondo se enfríe considerablemente?
Resumiendo:
¿Qué se sabe sobre la mecánica cuántica de los estados ligados gravitacionales de moléculas y neutrinos eléctricamente neutros?
Estoy etiquetando la pregunta como "gravedad cuántica", ya que involucra la gravedad y la mecánica cuántica. Por supuesto, no es gravedad cuántica en el sentido habitual de estudiar fenómenos a escala de Planck. Creo que la etiqueta sigue siendo apropiada.
EDITAR: Los estados ligados gravitacionales de las moléculas a menudo serán inestables con respecto al colapso a un estado ligado de van der Waals (gracias a Vladimir por mencionar el tema de la interacción de vad der Waals en los comentarios). Sin embargo, la vida útil de estos estados es muy larga.
Como observó correctamente, el tamaño de los estados enlazados es enorme y ninguna región está vacía para permitirles vivir. Puede describir este problema en términos de temperatura: la energía de enlace de este estado de unión gravitacional es tan pequeña que cualquier temperatura por encima de un cierto umbral ridículamente pequeño (frío) ionizará su "átomo gravitacional". 1,9 Kelvin es sin duda suficiente, en muchos órdenes de magnitud.
Si espera miles de millones de años, es posible que finalmente obtenga un Universo lo suficientemente vacío, pero probablemente no habrá nadie para observar tales objetos. De hecho, incluso la radiación térmica de observadores similares a nosotros sería suficiente para perturbar el "átomo gravitatorio".
Puede obtener estados ligados gravitacionales de radios más sensibles si las partículas que orbitan en él son más pesadas, por ejemplo, estrellas, pero entonces no tiene sentido describirlo mecánicamente cuánticamente porque los objetos se descoheren constantemente debido al mismo CMB, etc.
En cualquier caso, es genial y creativo que estés pensando en conceptos tan posiblemente pasados por alto en la física ordinaria aplicada a fuerzas y partículas inusuales. Otro ejercicio para usted podría ser averiguar si puede haber estados ligados que se mantengan unidos por la fuerza nuclear débil, por el intercambio de bosones Z (o bosones W). ¿Hay algunos nuevos estados enlazados que pueda obtener de esta manera? Tenga en cuenta que la fuerza débil es tan fuerte como el electromagnetismo pero su rango es corto, por lo que solo puede buscar entre estados ligados "similares a los electromagnéticos" cuyo radio típico es, sin embargo, corto. Por ejemplo, ¿puedes hacer estados ligados similares a átomos de Higgs-Higgs de esta manera?
En particular, ¿podría explicar tanto el Higgs de 120 GeV como el Higgs de 240 GeV que se observarán en el CERN utilizando el mismo punto de partida?
squark
Piotr Migdal
squark
Vladímir Kalitvianski