«Может ли нейтрон быть кубической формы?» — задумался я…

13.07.2020

Научно-популярное

Прокомментировать

А потом я задумался, что такое «формы«?

А потом — что такое «быть«?

«Может ли нейтрон быть кубической формы?» — задумался я…

Волновая функция, которая интерполирует между сферой (для N = 2) и кубом (при N → ∞) для N = 2, 4, 8, 12

Нейтронные звезды могут придавать нейтронам кубическую форму

Wired, 16 августа 2011 года

Гравитация и высокая плотность внутри взрывающихся звезд могут заставлять нейтроны менять форму со сферической на кубическую.

Эта идея может означать, что нейтронные звезды (так исследователи называют звездные «трупы») плотнее, чем кто-либо предполагал. Также может возникнуть вопрос – что может предотвратить их превращение в черные дыры и полное исчезновение?

«Если принять этот результат за чистую монету, это означает, что теоретики в области нейтронных звезд попали в беду». [Нейтронные звезды] должны превращаться в черные дыры при меньших массах», — сказал физик-теоретик Фелипе Хосе Ланес-Эстрада из Мадридского университета Комплутенсе, соавтор исследования, опубликованного 9 августа на сайте с препринтами arXiv.

«Но мы этого не наблюдаем. Возможно, существует дополнительное взаимодействие [между нейтронами], которое может противостоять распаду. Взаимодействие, о котором мы еще даже не задумывались», – сказал он.

Звезда с массой, в 9-20 раз превышающей массу Солнца, взорвется как сверхновая к концу своей жизни. При таком весе звезда недостаточно тяжела, чтобы набрать критическую свехрплотность и сжаться в черную дыру. Вместо этого ее ядро распадается на сферу шириной не более 15 миль. Эта сфера настолько плотна, что одна чайная ложка вещества, из которого она состоит, весит столько же, сколько и вся масса Земли, умноженная на 18.

В конце прошлого года астрономы обнаружили самую большую в мире нейтронную звезду под названием J1614-22307 Масса этой звезды равнялась массе Солнца, умноженной на 1.97. Самая массивная нейтронная звезда до этого открытия имела массу, равную 1.67 массы Солнца.

Это открытие заставило целый ряд астрофизиков серьезно задуматься. Существование такой звезды исключило некоторые модели нейтронных звезд, которые опирались на экзотические формы материи, и теперь эти модели не могут объяснить задержку распада столь тяжелого объекта. Напротив, это открытие подтвердило корректность моделей нейтронных звезд, содержащих только нейтроны и протоны.

Когда Ланес-Эстрада и его коллега по университету Гаспар Морено Наварро услышали о J1614-2230, они захотели побольше узнать о процессах внутри этой звезды.

Эти двое знали о модели 1970-х годов, предполагающей, что чистые нейтроны могут образовывать кристаллическую решетку под невероятным давлением (подобно тому, как углерод формирует алмазы в недрах Земли). Когда они построили компьютерную модель под эту идею, они обнаружили, что под давлением, возникающем в глубине нейтронных звезд, нейтроны деформируются из сфер в кубы.

«Оптимальная плотность, при который формируются сферы, (в том числе нейтроны) – примерно 74%. Независимо от размещения, между ними всегда есть пространство – как c апельсинами на витрине супермаркета», — сказал Ланес-Эстрада. «Если вы хотите разложить апельсины максимально рационально, часть из них помнется. Разложите их на витрине, высотой в полтора метра, и нижние будут придавлены».

Гравитация преобразует частицы материи в простейший, наиболее рационально упакованный объект. Как правило, таким объектом является сфера, похожая на Землю. Сами частицы, однако, не затрагиваются по отдельности; гравитация слишком слаба, чтобы преодолеть сильные связи, которые удерживают нейтроны и другие частицы вместе. Но если сила гравитации будет достаточно велика, она может преодолеть эти связи.

Таким образом, в глубине вновь открытой нейтронной звезды, давление ядра которой может быть в два раза выше, чем у остальных, наиболее эффективной формой нейтрона может быть куб. «Они будут сглажены со всех сторон, как кости, при этом показатели силы давления, начинаются с значений, наблюдаемых на уровне 2.5 миль под землей”, – сказал Ланес-Эстрада.

Пока что исследование было встречено положительными отзывами.

Эксперт в области физики частиц Ричард Хилл (Richard Hill) из Университета Чикаго, например, отметил, что в исследовании нейтрон рассматривается как объект в отдельности, а не в совокупности.

»Это интересная идея, но пока непонятно что происходит в совокупности нейтронов», – сказал Хилл, который не участвовал в исследовании. Исходя из плотности в нейтронных звездах, он отметил, что «идентичность отдельных нейтронов может быть размыта».

Ланес-Эстрада признал критику, сформулированную вторым физиком, который пожелал остаться анонимным. Ланес-Эстрада ответил, что также преследовал цель раздвинуть границы исследований.

«Я думаю, что существует большая неопределенность в том, что происходит с нейтронами при очень высоких давлениях», — сказал он. «Мы должны продолжать изучать все возможности».