Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нейтроний (иногда сокращенно нейтриум , [1] также называемый нейтритом [2] ) - это гипотетическое вещество, состоящее исключительно из нейтронов . Это слово было придумано ученым Андреасом фон Антропофф в 1926 году (до открытия нейтрона ) для гипотетического «элемента с атомным номером ноль» (с нулевыми протонами в его ядре), который он поместил во главе периодической таблицы (обозначается как тире, без символа элемента). [3] [4] Однако значение этого термина со временем изменилось., и с последней половины 20-го века он также использовался для обозначения чрезвычайно плотных веществ, напоминающих нейтронно-вырожденное вещество, которое, согласно теории, существует в ядрах нейтронных звезд ; в дальнейшем это будет относиться к « вырожденному нейтронию».

Научная фантастика и популярная литература использовали термин «нейтроний» для обозначения воображаемой высокоплотной фазы вещества, состоящей в основном из нейтронов, со свойствами, полезными для истории.

Нейтрониевые и нейтронные звезды [ править ]

Основная статья: Нейтронная звезда

Нейтроний используется в популярной физической литературе для обозначения материала, присутствующего в ядрах нейтронных звезд (звезд, которые слишком массивны, чтобы поддерживаться давлением вырождения электронов, и которые коллапсируют в более плотную фазу вещества). Этот термин очень редко используется в научной литературе по трем причинам: существует несколько определений термина «нейтроний»; существует значительная неопределенность в отношении состава вещества в ядрах нейтронных звезд (это может быть вырожденная нейтронами материя , странная материя , кварковая материя или вариант или комбинация вышеперечисленного); свойства материала нейтронной звезды должны зависеть от глубины из-за изменения давления (см. ниже), и не ожидается существования резкой границы между корой (состоящей в основном из атомных ядер ) и почти беспротонным внутренним слоем. [ необходима цитата ]

Когда предполагается, что материал ядра нейтронной звезды состоит в основном из свободных нейтронов, в научной литературе его обычно называют нейтронно-вырожденным веществом. [5]

Нейтроний и таблица Менделеева [ править ]

Термин «нейтроний» был введен в 1926 году Андреасом фон Антропофф для предполагаемой формы материи, состоящей из нейтронов без протонов и электронов , которую он поместил в качестве химического элемента с атомным номером ноль во главе своей новой версии периодической теории. стол . [6] Впоследствии он был помещен в середину нескольких спиральных представлений периодической системы для классификации химических элементов, таких как Чарльз Джанет (1928), Э. И. Эмерсон (1944) и Джон Д. Кларк (1950).

Хотя этот термин не используется в научной литературе ни для конденсированной формы вещества, ни в качестве элемента, были сообщения о том, что помимо свободного нейтрона могут существовать две связанные формы нейтронов без протонов. [7] Если бы нейтроний считался элементом, то эти нейтронные кластеры можно было бы рассматривать как изотопы этого элемента. Однако эти сообщения не получили дальнейшего подтверждения.

  • Mononeutron : изолированные нейтронные претерпевает бета - распад с средним временем жизни около 15 минут ( период полураспада около 10 минут), став протон ( ядро из водорода ), в электрон и антинейтрино .
  • Динейтрон: Динейтрон, содержащий два нейтрона, однозначно наблюдался в 2012 году при распаде бериллия-16. [8] [9] Это не связанная частица, но было предложено как чрезвычайно короткоживущее резонансное состояние, создаваемое ядерными реакциями с участием трития . Было высказано предположение о временном существовании в ядерных реакциях, производимых гелионами (ядра гелия 3, полностью ионизированные), которые приводят к образованию протона и ядра, имеющего тот же атомный номер, что и ядро-мишень, но массовое число на две единицы больше. . Гипотеза динейтрона использовалась в ядерных реакциях сэкзотические ядра уже давно. [10] Некоторые применения динейтрона в ядерных реакциях можно найти в обзорных статьях. [11] Было доказано, что его существование имеет отношение к ядерной структуре экзотических ядер. [12] Система, состоящая всего из двух нейтронов, не связана, хотя притяжения между ними почти достаточно, чтобы сделать их такими. [13] Это имеет некоторые последствия для нуклеосинтеза и количества химических элементов . [11] [14]
  • Тринейтрон: а тринейтрон состояние , состоящее из трех связанных нейтронов не было обнаружено, и ожидается, не существует [ править ] , даже в течение короткого промежутка времени.
  • Тетранейтрон : тетранейтрон - это гипотетическая частица, состоящая из четырех связанных нейтронов. Сообщения о его существовании не тиражируются. [15]
  • Пентанейтрон: Расчеты показывают, что гипотетическое состояние пентанейтрона, состоящее из кластера из пяти нейтронов, не будет связано. [16]

Хотя это и не называется «нейтроний», то Национальный центр ядерных данных «ы Ядерных карт бумажника списками в качестве своего первого„изотопа“„элемент“с символом п и атомный номер Z  = 0 и массовое число А  = 1. Этого изотопа описываются как распадается на элемент H с периодом полураспада10,24 ± 0,2 мин . [17]

Свойства [ править ]

Смотрите также: нейтронная звезда § Свойства

Нейтронная материя эквивалентна химическому элементу с атомным номером 0, то есть эквивалентна разновидности атомов, не имеющих протонов в их атомных ядрах. Он чрезвычайно радиоактивен ; его единственный законный эквивалентный изотоп, свободный нейтрон, имеет период полураспада всего 10 минут, что сопоставимо с половиной периода полураспада наиболее стабильного известного изотопа франция . Нейтронное вещество быстро распадается на водород . Нейтронная материя не имеет электронной структуры из-за полного отсутствия электронов. Однако как эквивалентный элемент он может быть классифицирован как благородный газ .

Объемное нейтронное вещество никогда не рассматривалось. Предполагается, что нейтронное вещество появилось бы как химически инертный газ, если бы достаточно было собрано вместе, чтобы его можно было рассматривать как объемный газ или жидкость, из-за общего вида элементов в столбце благородных газов периодической таблицы.

Хотя этого времени жизни достаточно, чтобы можно было изучить химические свойства нейтрония, существуют серьезные практические проблемы. Не имея заряда или электронов, нейтроний не будет сильно взаимодействовать с обычными фотонами низкой энергии (видимый свет) и не будет ощущать электростатических сил , поэтому он будет диффундировать в стенки большинства контейнеров, сделанных из обычного вещества. Некоторые материалы способны противостоять диффузии или поглощению ультрахолодных нейтронов из-за ядерно-квантовых эффектов, в частности, отражения, вызванного сильным взаимодействием . При температуре окружающей среды и в присутствии других элементов тепловые нейтроны легко захватываются нейтронами. для образования более тяжелых (и часто радиоактивных) изотопов этого элемента.

Согласно закону идеального газа нейтронная материя при стандартных давлении и температуре будет менее плотной, чем даже водород, с плотностью всего лишь0,045  кг / м 3 (примерно в 27 раз плотнее воздуха и вдвое меньше плотности газообразного водорода ). Ожидается, что нейтронное вещество останется газообразным вплоть до абсолютного нуля при нормальном давлении, так как энергия нулевой точки системы слишком высока для конденсации. Однако нейтронная материя теоретически должна образовывать вырожденную газообразную сверхтекучую среду при этих температурах, состоящую из переходных пар нейтронов, называемых динейтронами . Под чрезвычайно низким давлением эта низкотемпературная сверхтекучая газовая среда должна проявлять квантовую когерентность, приводящую к образованию конденсата Бозе-Эйнштейна.. При более высоких температурах нейтронное вещество будет конденсироваться только при достаточном давлении и затвердевать при еще более высоком давлении. Такое давление существует в нейтронных звездах, где экстремальное давление заставляет нейтронную материю вырождаться. Тем не менее, в присутствии атомного вещества сжатого до состояния вырождения электронов , β - распад может быть ингибирован за счет Паулей принципа исключения , таким образом делая свободные нейтроны стабильными. Кроме того, повышенное давление должно вызывать вырождение нейтронов .

По сравнению с обычными элементами нейтроний должен быть более сжимаемым из-за отсутствия электрически заряженных протонов и электронов. Это делает нейтроний более энергетически выгодным, чем атомные ядра (с положительным Z ), и приводит к их превращению в (вырожденный) нейтроний посредством захвата электронов , процесса, который, как полагают, происходит в звездных ядрах в последние секунды жизни массивных звезд , где этому способствует охлаждение черезνеэмиссия. В результате вырожденный нейтроний может иметь плотность4 × 10 17  кг / м 3 [ править ] , примерно 14 порядков более плотный , чем обычные плотнейшими известные вещества. Было высказано предположение, что чрезмерное давление порядка100  МэВ / фм 3 могут деформировать нейтроны до кубической симметрии , позволяя более плотную упаковку нейтронов [18], или вызвать образование странной материи .

В художественной литературе [ править ]

Термин нейтроний был популярен в научной фантастике, по крайней мере, с середины 20-го века, например, машина Судного дня в « Звездном пути» или коллапсий в романах Х. Бима Пайпера « История будущего человека». Обычно это относится к чрезвычайно плотной и невероятно прочной форме материи. Предположительно, вдохновленный концепцией нейтронно-вырожденной материи в ядрах нейтронных звезд , материал, используемый в художественной литературе, имеет лишь внешнее сходство, обычно изображаемое как чрезвычайно прочное твердое тело под Землей.-подобные условия или обладание экзотическими свойствами, такими как способность управлять временем и пространством. Напротив, все предлагаемые формы материала ядра нейтронной звезды представляют собой жидкости и крайне нестабильны при более низких давлениях, чем в ядрах звезд . Согласно одному анализу, нейтронная звезда с массой ниже примерно 0,2 массы Солнца взорвется. [19]

См. Также [ править ]

  • Компактная звезда
  • Водород
  • Нейтрон
  • Вакуум

Ссылки [ править ]

  1. ^ Инглис-Аркелл, Эстер (2012-04-14). «Нейтриум: самое нейтральное гипотетическое состояние материи на свете» . io9.com . Проверено 11 февраля 2013 .
  2. ↑ Журавлева, Валентина (2005). Баллада о звездах: рассказы о научной фантастике, ультра-воображении и ТРИЗ . Центр технических инноваций, Inc. с. 75. ISBN 978-0-9640740-6-4.
  3. ^ фон Антропофф, А. (1926). "Eine neue Form des periodischen Systems der Elementen". Zeitschrift für Angewandte Chemie . 39 (23): 722–725. DOI : 10.1002 / ange.19260392303 .
  4. Перейти ↑ Stewart, PJ (2007). «Столетие Дмитрия Менделеева: Таблицы и спирали, благородные газы и Нобелевские премии». Основы химии . 9 (3): 235–245. DOI : 10.1007 / s10698-007-9038-х . S2CID 97131841 . 
  5. ^ Анджело, JA (2006). Энциклопедия космоса и астрономии . Публикация информационной базы . п. 178. ISBN 978-0-8160-5330-8.
  6. ^ Von Antropoff, Andreas (10 июня 1926). "Eine neue Form des periodischen Systems der Elemente". Angewandte Chemie (на немецком языке). 39 (23): 722. DOI : 10.1002 / ange.19260392303 .
  7. ^ Timofeyuk, Н. К. (2003). «Существуют ли мультинейтроны?». Журнал Physics G . 29 (2): L9. arXiv : nucl-th / 0301020 . Bibcode : 2003JPhG ... 29L ... 9Т . DOI : 10,1088 / 0954-3899 / 29/2/102 . S2CID 2847145 . 
  8. ^ Ширбер, М. (2012). «Ядра испускают парные нейтроны». Физика . 5 : 30. Bibcode : 2012PhyOJ ... 5 ... 30S . DOI : 10.1103 / Physics.5.30 .
  9. ^ Spyrou, A .; Kohley, Z .; Baumann, T .; Базин, Д .; и другие. (2012). "Первое наблюдение за распадом динейтрона в основном состоянии: 16 Be" . Письма с физическим обзором . 108 (10): 102501. Bibcode : 2012PhRvL.108j2501S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.108.102501 . PMID 22463404 . 
  10. ^ Бертулани, Калифорния; Баур, Г. (1986). "Сечения совпадения диссоциации легких ионов в столкновениях высоких энергий" (PDF) . Ядерная физика . 480 (3–4): 615–628. Bibcode : 1988NuPhA.480..615B . DOI : 10.1016 / 0375-9474 (88) 90467-8 . Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года.
  11. ^ а б Бертулани, Калифорния; Песнь, LF; Хусейн, М.С. (1993). "Структура и реакции нейтронно-богатых ядер" (PDF) . Отчеты по физике . 226 (6): 281–376. Bibcode : 1993PhR ... 226..281B . DOI : 10.1016 / 0370-1573 (93) 90128-Z . Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2011 года.
  12. ^ Hagino, K .; Sagawa, H .; Накамура, Т .; Шимура, С. (2009). «Двухчастичные корреляции в дипольных переходах континуума в ядрах Борромео». Physical Review C . 80 (3): 1301. arXiv : 0904.4775 . Bibcode : 2009PhRvC..80c1301H . DOI : 10.1103 / PhysRevC.80.031301 . S2CID 119293335 . 
  13. ^ MacDonald, J .; Муллан, ди-джей (2009). «Нуклеосинтез Большого взрыва: сильная ядерная сила встречает слабый антропный принцип». Physical Review D . 80 (4): 3507. arXiv : 0904.1807 . Bibcode : 2009PhRvD..80d3507M . DOI : 10.1103 / PhysRevD.80.043507 . S2CID 119203730 . 
  14. ^ Кнеллер, JP; Маклафлин, GC (2004). «Влияние связанных динейтронов на BBN». Physical Review D . 70 (4): 3512. arXiv : astro-ph / 0312388 . Bibcode : 2004PhRvD..70d3512K . DOI : 10.1103 / PhysRevD.70.043512 . S2CID 119060865 . 
  15. ^ Бертулани, Калифорния; Зелевинский, В. (2003). «Является ли тетранейтрон связанной молекулой динейтрон-динейтрон?». Журнал Physics G . 29 (10): 2431–2437. arXiv : nucl-th / 0212060 . Bibcode : 2003JPhG ... 29.2431B . DOI : 10,1088 / 0954-3899 / 29/10/309 . S2CID 55535943 . 
  16. ^ Bevelacqua, JJ (1981). «Стабильность частиц пентанейтрона». Физика Письма Б . 102 (2–3): 79–80. Полномочный код : 1981PhLB..102 ... 79B . DOI : 10.1016 / 0370-2693 (81) 91033-9 .
  17. ^ «Карты ядерного кошелька» . Национальный центр ядерных данных.
  18. ^ Фелипе Дж. Льянес-Эстрада; Гаспар Морено Наварро (2012). «Кубические нейтроны». Современная физика Буква A . 27 (6): 1250033-1–1250033-7. arXiv : 1108.1859 . Bibcode : 2012MPLA ... 2750033L . DOI : 10.1142 / S0217732312500332 . S2CID 118407306 . 
  19. ^ К. Сумиёси; С. Ямада; Х. Сузуки; В. Хиллебрандт (1998). «Судьба нейтронной звезды чуть ниже минимальной массы: взорвется ли она?». Астрономия и астрофизика . 334 : 159–168. arXiv : astro-ph / 9707230 . Bibcode : 1998a & A ... 334..159S . Учитывая это предположение ... минимально возможная масса нейтронной звезды составляет 0,189 (массы Солнца)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гленденнинг, Н.К. (2000). Компактные звезды: ядерная физика, физика элементарных частиц и общая теория относительности (2-е изд.). Springer . ISBN 978-0-387-98977-8.