¿Qué es la polarizabilidad de un neutrón?

Es un conocimiento a nivel de libro de texto de pregrado que los átomos son polarizables , es decir, se convierten en dipolos eléctricos en campos eléctricos debido a la deformación de la(s) función(es) de onda de los electrones. Intrínsecamente, esto se debe a que el átomo es un objeto compuesto que tiene una extensión espacial. Es posible producir fórmulas crudas para la polarizabilidad de los átomos.

Los neutrones y los protones, al ser bariones , también son objetos compuestos que tienen una extensión espacial (radio alrededor de 1 FM ). Por lo tanto, deben ser polarizables. ¿Cuál es la polarizabilidad de estos objetos? ¿Está en línea con los modelos crudos?

Una búsqueda rápida revela resultados como este para la polarizabilidad del neutrón , que hace referencia a un valor experimental de 9 × 10 − 4 FM − 3 (en unidades cgs), pero se agradecería una descripción general más completa, con una descripción de cómo hacer el cálculo bruto.

Un neutrón tiene espín 1/2, por lo que sí puede polarizarse. Útil para, por ejemplo, hacer difracción de neutrones de materiales magnéticos.
@JonCuster Estoy hablando de polarizabilidad eléctrica, no magnética.
La unión es fuerte, por lo que no esperaría mucho: el electromagnetismo es muy débil en comparación.

Respuestas (1)

El "modelo crudo" al que se vincula es, esencialmente, un análisis dimensional. Establece que la polarizabilidad α debería más o menos obedecer

α 4 π ϵ 0 ≈ a 3
dónde a , que debe tener unidades de longitud, es la única escala de longitud disponible en el problema: el radio o diámetro de la distribución de carga del átomo. Para el hidrógeno, tenemos el "volumen de Bohr" 4 π 3 a 0 3 ≈ 1 2 A 3 y, experimentalmente, α / 4 π ϵ 0 ≈ 2 3 A 3 . Los átomos más grandes también tienden a ser más polarizables que los átomos más pequeños.

Si adivináramos que la polarizabilidad normalizada de manera similar para el neutrón fuera comparable al volumen del neutrón, nos sorprenderíamos un poco: el volumen del neutrón es 4 π 3 ( 1 F metro ) 3 pero su polarizabilidad se ha medido en un factor de mil más pequeño, 10 − 3 F metro 3 .

Pero un neutrón tampoco se parece mucho a un átomo neutro. Un átomo tiene una carga positiva puntual en el centro y la mayor parte de su volumen (central) tiene una carga negativa aproximadamente uniforme. El neutrón parece tener un núcleo negativo, una piel positiva y un halo negativo. ¿Quizás esta distribución de carga de múltiples componentes permite una especie de pantalla de Schiff para reducir el efecto dipolo aparente? O tal vez, si su modelo para la distribución de carga dentro del neutrón es que pasa una fracción de su tiempo como un protón virtual o delta orbitado por un pión virtual, la fuerte interacción entre esos componentes es tan "rígida" que el campo eléctrico simplemente no lo molesta mucho?

La referencia que encontró en su pregunta es un informe de 2009 sobre un cálculo de QCD de celosía que obtiene la polarizabilidad de neutrones incorrecta por un factor de tres. Si ese era el estado del arte hace ocho años, probablemente sea justo quejarse de que los "cálculos toscos" de la polarizabilidad de los neutrones son lo mejor que cualquiera puede hacer en este momento.

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