Pourquoi les noyaux de neutrons ne semblent pas exister?

[reghen]

Bonjour,

C'est tout bête, il y a l'interaction forte entre les nucleons, alors pourquoi il n'y a pas de " noyaux de neutrons"?

Existe-t-il une forme d'interaction destabilisante pour ce genre d'édifice?
si oui, elle est assez discrète....

Si quelqu'un a une explication???

Par avance merci pour mes élèves et moi

Reghen

[mariposa]

Bonjour,

C'est tout bête, il y a l'interaction forte entre les nucleons, alors pourquoi il n'y a pas de " noyaux de neutrons"?

Existe-t-il une forme d'interaction destabilisante pour ce genre d'édifice?
si oui, elle est assez discrète....

Si quelqu'un a une explication???

Par avance merci pour mes élèves et moi

Reghen

Bonjour,


C'est lié aux principes fondamentaux de la MQ.

Les électrons dans l'atome.

Dans l'état fondamental d' un atome à N électrons on ne peut pas assembler des électrons ayant le même spin. Cela est due au Principe de Pauli qui favorise les assemblages de faibles spin total (pour minimiser l'énergie totale).

Les nucléons dans les noyaux

Pour les assemblages de neutrons et de protons, c'est exactement la même chose. On montre que le couple neutrons protons forme ensemble un isospin cad une entité physique qui a les mêmes propriétés mathématique que le spin.

Donc les noyaux nucléaires dans leur état fondamental auront tendance a égaliser le nombre de neutrons et le nombre de protons de la même façon que les atomes ont tendance a égaliser le nombre de spins up et le nombre de spin down.

[dragounet]

Et l'étoile à neutron ? C’est pas un GROS, un énorme, un gigantesque, un monstrueux "noyau de neutrons" ?

[obi76]

Et l'étoile à neutron ? C’est pas un GROS, un énorme, un gigantesque, un monstrueux "noyau de neutrons" ?

Oui d'ailleurs parlons-en, ils sont partis ou les protons ?

[mariposa]

Et l'étoile à neutron ? C’est pas un GROS, un énorme, un gigantesque, un monstrueux "noyau de neutrons" ?

Bonjour,

Absolument.

La différence entre les noyaux atomiques et les étoiles à neutrons est l'intervention de l'interaction gravitationnelle qui stabilise le système de neutrons relativement à un mélange moitié moitié protons/neutrons.

En effet le protons contribuent à une énergie positive (donc défavorable pour l'énergie totale) dans un etoile à neutrons.

Dans un noyau l'énergie positive des protons (défavorable) est contre balancée favorablement en minimisant l'isospin total

[mariposa]

Oui d'ailleurs parlons-en, ils sont partis ou les protons ?

Bonjour,

Ils se sont transformés en neutrons en émettant un rayonnement de particules chargées qui abaissent l'énergie totale en se débarrassant de l'énergie électrostatique.

D'ailleurs, a priori et en toute logique, il y a à la surface d'une étoile à neutrons autant de protons que de neutrons pusique l'interaction gravitationnelle est faible.

A l'opposé au centre d'une étoile à neutron il y a des particules étranges crées résultant de l'intensité élevée des interactions gravitationnelles.

[reghen]

Effectivement c'est éclairant,les neutrons sont des fermions mais cela n'interdit pas d'imaginer une distribution de neutrons dans un agrégat selon Pauli sous l'influence de l'interaction forte.

Cela donnera une structure particulière aux noyaux de neutrons mais ça n'interdit pas l'agrégation (c'est comme cela que je comprends la réparation des électrons dans l'atome)

Pour les étoiles à neutrons je n'y connais rien, mais voilà deux petites questions intéressantes, à creuser...

[mariposa]

Effectivement c'est éclairant,les neutrons sont des fermions mais cela n'interdit pas d'imaginer une distribution de neutrons dans un agrégat selon Pauli sous l'influence de l'interaction forte.

C'est pas excatement çà.

Autre angle d'explication:


En physique atomique supposons que l'on a seulement des états s de moment cinétique nulle numéroté 0, 1, 2, 3, etc....(ce choix uniquement pour des questions de pédagogie).

On remplit chaque états "s" avec un électron up et un électron down. on voit aainsi que le spin total est 0 ou 1/2.


En physique nucléaire, même chose, supposons que l'on ait que des états "s".

Dans ce cas on peut mettre, au maximum, 4 nucléons par niveaux "s" a savoir 2 neutrons avec avec le spin up et le spin down et un proton avec le spin up et le spin down.

Donc le maximum d'excès du nombre de neutrons sur le nombre de protons est 2. Inversement le maximum d'excès du nombre de protons sur le nombre de neutrons est 2.

En fait on montre mathématiquement (et vérifié expérimentalement) que neutron et proton sont 2 états d'une même particule qui est le nucléon.

L'espace de Hilbert su système neutron-proton possède exactement les propriétés du spin et c'est pourquoi on l'appelle isospin.

En résumé en physique nucléaire il y a donc 2 sortes de spin qui physiquement parlant n'ont aucun rapport et c'est pourquoi on ne peut mettre au maximum 4 particules de nombre quantique différents dans un état"s"

[Astérion]

Bonjour,

Bonjour,

C'est tout bête, il y a l'interaction forte entre les nucleons, alors pourquoi il n'y a pas de " noyaux de neutrons"?

Existe-t-il une forme d'interaction destabilisante pour ce genre d'édifice?
si oui, elle est assez discrète....

Si quelqu'un a une explication???

Par avance merci pour mes élèves et moi

Reghen

Les électrons dans l'atome.

Dans l'état fondamental d' un atome à N électrons on ne peut pas assembler des électrons ayant le même spin. Cela est due au Principe de Pauli qui favorise les assemblages de faibles spin total (pour minimiser l'énergie totale).

Humm, je peux réaliser un condensat de type BSC si j'ai une interaction un tant soit peu attractive.
Le problème avec ce type de condensat, c'est que les paires de Cooper seules sont "instables". Il faut donc un très grand nombre de neutron pour réaliser un condensat type BCS comme dans une étoile à neutron...

A plus.

[mariposa]

Bonjour,




Humm, je peux réaliser un condensat de type BSC si j'ai une interaction un tant soit peu attractive.
Le problème avec ce type de condensat, c'est que les paires de Cooper seules sont "instables". Il faut donc un très grand nombre de neutron pour réaliser un condensat type BCS comme dans une étoile à neutron...

A plus.

bonjour,

En cherchant à répondre à la question posée je n'ai parler que de certaines propriétés collectives des fermions (dans une approximation à 1 particule, cad grosso-modo en champ moyen).

Pour le monde des bosons (ou des bosons effectifs), c'est un autre monde.

A+

[reghen]

En résumé la représentation neutron/proton est trop artificielle est l'on ne peut raisonner en terme de particules attirées entre elle par une interaction attractive sans faire intervenir les deux types de nucleons ensemble avec leur spin et avec Pauli.

mais du coup à la question simple de l'élève de TS "pourquoi pas un noyau de neutrons", que lui reponderiez-vous?

[mariposa]

En résumé la représentation neutron/proton est trop artificielle est l'on ne peut raisonner en terme de particules attirées entre elle par une interaction attractive sans faire intervenir les deux types de nucleons ensemble avec leur spin et avec Pauli.

Exactement: En plus de l'interaction forte il faut tenir compte du spin et de l'isospin et à partir de là respecter le principe de Pauli.

]
mais du coup à la question simple de l'élève de TS "pourquoi pas un noyau de neutrons", que lui reponderiez-vous?

Si l'on envoie en collision 2 neutrons l'un deux se transforme en proton (retournement d'isospin) pour former un noyau de Deutérium lequel va capturer un électron pour former un atome neutre.

En fait dans le soleil c'est exactement ce qui se passe sauf que la formation du deutérium se fait à partir de 2 protons (donc un proton se transforme en neutron).

[reghen]

Merci Mariposa.

Et pour les étoiles à neutrons, est-on à la densité des noyaux auquel cas où sont les protons ou bien sommes-nous au-dessus auquel cas on laisse tomber l'interaction forte et seule la gravit joue?

(PS à vue de wiki la densité nucléaire est la même que la densite d'une telle étoile) ???

[mariposa]

Merci Mariposa.

Et pour les étoiles à neutrons, est-on à la densité des noyaux auquel cas où sont les protons ou bien sommes-nous au-dessus auquel cas on laisse tomber l'interaction forte et seule la gravit joue?

(PS à vue de wiki la densité nucléaire est la même que la densite d'une telle étoile) ???

Je ne suis pas un spécialiste des étoiles à neutrons ni même de l'astrophysique. Voici ce que je propose comme réponse.

Supposons que l'étoile soit composée de nucléons (je ne précise pas lesquels).

Cette étoile prend la forme d'une sphère dont l'équilibre est due aux forces gravitationnelles et aux forces fortes. L'une et l'autre sont reconnues comme indépendantes de l'espèce de nucléon.

il facile de constater que le fait d'avoir des protons rajoute à l'étoile une énergie électrostatique positive donc défavorable (rappel: un système se met dans l'état de plus basse énergie-à température nulle).

[Sigmar]

Des résonnances faibles de noyaux, des états liés, consititués uniquement de neutrons ne sont pas encore exclues expérimentalement.
Pour l'instant, aucun expérience n'a permis de les mettre en évidence. Mais ces assemblages de neutrons ont une importance, je crois, non négligeable dans l'explication de la synthèse primordiale des premiers atomes (légers...).