¿Puede existir un núcleo (hecho de neutrones) sin un campo EM?

Lo más cerca que estará en la naturaleza de la materia pura de neutrones es la materia nuclear en las estrellas de neutrones, pero tampoco es pura, ya que está impregnada de protones y electrones. Los neutrones son 1,4 MeV más pesados ​​que los protones y tienden a sufrir una desintegración beta a$pe\bar{\nu }$, a menos que esté estabilizado por el principio de exclusión y una abundancia de protones, electrones o antineutrinos en la vecindad. ¡Si no fuera por la repulsión de Coulomb entre los protones, la materia nuclear ordinaria tendría más protones que neutrones más pesados!

Concentrémonos en el asunto nuclear. Recuerde que en un gas de Fermi que no interactúa, todos los estados de momento por debajo de la superficie esférica de radio de Fermi${{p}_{F}}$están llenos. La condición para la neutralidad eléctrica general es$p_{p}^{3}=p_{e}^{3}$, basado en el volumen dentro de la esfera de Fermi. A temperatura cero, podemos identificar el potencial químico con la energía correspondiente,$\mu ={{E}_{F}}=\sqrt{p_{F}^{2}+{{m}^{2}}}$. La condición para el equilibrio químico es${{\mu }_{n}}={{\mu }_{p}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$. Las interacciones agitan la superficie de Fermi, pero en realidad no cambian el equilibrio de manera significativa. Dado que las fuerzas nucleares son independientes de la carga, no distorsionan la diferencia${{\mu }_{n}}-{{\mu }_{p}}$.

Cuando se forma una estrella de neutrones, la mayoría de los protones sufren una desintegración beta inversa, y parece seguro asumir que los neutrinos escapan, por lo tanto${{\mu }_{{\bar{\nu }}}}=-{{\mu }_{\nu }}=0$. Ahora tenemos suficientes condiciones para determinar las proporciones de neutrones, protones y electrones en cualquier densidad dada.

El potencial químico de los neutrinos es más relevante cosmológicamente. Si Dios hubiera asignado la creación del universo a su aprendiz de arcángel más incompetente, quien luego vertió demasiados antineutrinos en la mezcla, es muy posible que no tengas nada más que materia pura de neutrones, y no estarías aquí para preguntar al respecto. (Hmmm... neutrones en lugar de neuronas... incluso peor que tener piedras en la cabeza).

A densidades muy por encima de lo que se espera en las estrellas de neutrones, los nucleones se superpondrían, por lo que sería más exacto pensar en términos de materia de quarks, que comprende quarks u y d en tres colores. Las condiciones se vuelven${{\mu }_{d}}={{\mu }_{u}}+{{\mu }_{e}}+{{\mu }_{{\bar{\nu }}}}$y$-p_{e}^{3}+\tfrac{2}{3}(3)p_{u}^{3}-\tfrac{1}{3}(3)p_{d}^{3}=0$.

Se sabe que el estado de dos neutrones (el dineutrón ) no está unido . Hasta donde yo sé, no se han realizado cálculos definitivos para los estados de trineutrón, quadneutrón, etc., pero se espera que también sean independientes.

Un par de comentarios han mencionado el neutronio, pero no estoy seguro de que cuente como un estado ligado. Esperamos que exista solo donde las fuerzas gravitatorias mantienen unidos a los neutrones.