¿Por qué el dineutrón y el diprotón no están unidos?

Se sabe que no hay núcleos de diprotones ni de dineutrones.

¿Significa esto que dos protones o neutrones en realidad no se atraen entre sí? Incluso si la atracción fuera débil, ¿no causaría estados ligados de todos modos?

Relacionado: ¿Qué sabemos sobre las interacciones entre los protones y los neutrones en un núcleo?

Parecían dos preguntas separadas, y una de las preguntas era un duplicado de esta: physics.stackexchange.com/q78107 Por lo tanto, me he tomado la libertad de editar esa parte para centrarme en la otra parte. Espero que esté bien contigo.
Mi pregunta era cuantitativa, y ahora la hiciste cualitativa. Me gustaría una gráfica U(r)para neutrones y protones.
OK, lo siento si arruiné lo que querías. Sin embargo, creo que sería mejor si estuviera separado de la pregunta de por qué el dineutrón y el diprotón no están unidos. ¿Qué tal hacer su pregunta cuantitativa sobre tu ( r ) como una pregunta aparte? Pero en realidad la respuesta no va a estar bien definida, por las razones descritas en mi respuesta a la pregunta cualitativa.
Si desea recuperar su texto anterior para una nueva pregunta, puede consultar el historial de edición haciendo clic en "editado hace x minutos".
@BenCrowell seguro que estoy de acuerdo, es por eso que no revertí tus ediciones, ya que están bien. Si todavía no hay una pregunta general sobre la inexistencia de nny ppsobre SE, entonces debería estar aquí, por supuesto.

Respuestas (2)

¡Gran pregunta!

Mi respuesta sería que para obtener un estado ligado, necesitamos tener un potencial que sea más profundo que la energía cinética que tienen las dos partículas. Tenemos una mejor oportunidad de obtener un potencial de la profundidad adecuada para unir dos nucleones si:

(1) No se repelen en cuanto a la carga. En comparación con la interacción del nucleón, la fuerza de Coulomb no es tan fuerte, pero vale la pena considerarla. Esto hace que dos protones parezcan un poco menos atractivos como un sistema ligado.

(2) Los dos nucleones que se alinean en espín dan una unión adicional. Esta es una propiedad de la fuerza nuclear, en la que existe un término

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

Los dos nucleones en un estado de momento angular orbital cero (estado de energía más baja) solo pueden alinearse en espín si están antialineados en isospín, por exclusión de Pauli.

El segundo punto es el más importante: los nucleones antialineados en isospín pueden alinearse en espín en un estado de momento angular orbital cero (estado S), según Pauli. Esta alineación de espines les da la unión adicional que necesitan para formar un estado ligado, debido al producto escalar en el espín en la interacción NN, como en el término que mencioné. Un protón y un neutrón están antialineados en isospín. Esto significa que pueden alinearse en giro en un estado S, lo que les da un poco de energía de enlace "extra" y les permite permanecer atados.

¡Bienvenido a Physics.SE! Esta es una gran primera respuesta. Otra forma de decirlo podría ser que si el deuterón tuviera algún estado excitado de singlete de espín, entonces podríamos buscar "núcleos espejo" de diprotones o dineutrones con energías similares; sin embargo, el deuterón no tiene excitaciones ligadas.
Recuerdo haber leído que el dineutrón y el diprotón están separados por solo ~.1 MeV, una pequeña cantidad (aunque no puedo encontrar una referencia para esto en este momento). Entonces, si la fuerza fuerte fuera un poco más fuerte, existirían.
Entonces, ¿está diciendo que el protón y el neutrón se atraen entre sí, pero los neutrones no pueden atraerse entre sí con la fuerza suficiente, y los protones tampoco pueden atraerse con la fuerza suficiente? Entonces, ¿hay una atracción adicional entre los protones y los neutrones?
@ÁrpádSzendrei sí, existe la atracción adicional debido a que se permite el estado de giro alineado, a diferencia del pag pag o norte norte casos, donde está prohibido.
@WillLevine: Recuerdo haber leído que el dineutrón y el diprotón están separados por solo ~ .1 MeV, una pequeña cantidad (aunque no puedo encontrar una referencia para esto en este momento). Entonces, si la fuerza fuerte fuera un poco más fuerte, existirían. Con respecto al dineutrón, el número en realidad puede ser cero, según los resultados experimentales de 2012 de Thoennessen et al. Pero el diprotón tiene que estar mucho más suelto, porque la repulsión de Coulomb es del orden de 1 MeV.

La interacción nucleón-nucleón tiene un rango corto, aproximadamente 1 fm. Por lo tanto, si hubiera un dineutrón unido, los neutrones tendrían que estar confinados dentro de un espacio aproximadamente así de grande. El principio de incertidumbre de Heisenberg dicta una incertidumbre mínima en su impulso. Esta cantidad de impulso está en el límite de lo que los cálculos teóricos sugieren que la fuerza nuclear fuerte podría combatir con éxito. Los experimentos en 2012 dan evidencia de que el dineutrón puede estar débilmente enlazado, o que puede ser un estado de resonancia lo suficientemente cercano al enlazado para crear el mismo tipo de fuertes correlaciones en un detector que se obtendría de un dineutrón. Entonces, parece que la fuerza nuclear fuerte no es lo suficientemente fuerte, pero esto ni siquiera está claro experimentalmente.

Si el dineutrón no está ligado, se garantiza que el diprotón no estará ligado. La interacción nuclear es la misma que en el dineutrón, por simetría isospín, pero además hay una repulsión eléctrica.

Entonces, ¿está diciendo que los neutrones solo están sostenidos por la fuerte fuerza de los protones en un núcleo (que tiene protones y neutrones)? Entonces, ¿los protones tienen una fuerza fuerte más fuerte que los neutrones? Porque según lo que dices, incluso la fuerte fuerza de los protones no sería suficiente para ir en contra del impulso (debido al principio de incertidumbre).
@ÁrpádSzendrei, tengo entendido que cuantos más nucleones tenga, más fuerte será la fuerza de unión general. Sin embargo, no estoy seguro sobre el deuterio.
@ÁrpádSzendrei, esta respuesta explica por qué el deuterio es estable.
@ÁrpádSzendrei: Entonces, ¿está diciendo que los neutrones solo están sostenidos por la fuerte fuerza de los protones en un núcleo (que tiene protones y neutrones)? No. Entonces, ¿los protones tienen una fuerza más fuerte que los neutrones? No, la simetría isospín dice que es igual, no más fuerte. Este no es un argumento sobre protones y neutrones, es simplemente un argumento general sobre por qué los sistemas de nucleones no necesitan estar unidos, aunque la fuerza nuclear sea atractiva. Varios sistemas pueden ser estables o metaestables frente a la emisión de partículas, por ejemplo, puede tener desintegración alfa.
¿Por qué el dineutrón y el diprotón no están unidos?
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