Henning Makholm wrote:
> Ak, jeg tænkte nok at det ville udarte sig til mere avanceret
> kvantemekanik end jeg har forstand på...
Neutronstjernemodeller overgår også min forstand, men jeg trøster
mig med, at meget af den grundlæggende fysik kan forstås alene ud
fra partiklernes "kamp" for at minimere energien men under båndet,
at udelukkelsesprincippet skal overholdes. I denne sammenhæng er
nukleon-nukleon-vekselvirkninger, Coulombkræfter, temperaturer og
magnetfelter mindre vigtige (En "kold, ideel Fermigas" er med
andre ord en god model (pånær i skorpen, som består af seperate
atomkerner)).
F.eks. opstår diverse eksotiske partikler (pioner, myoner,
lambda'er, s-kvarker og jaskagidaskaja), fordi "almindelige"
partikler af udelukkelsesprincippet tvinges op i så høje
energitilstande, at det kan betale sig for dem at henfalde til
ting med større hvilemasse (men med nul Fermienergi).
> > "Prisen" for at danne f.eks. en ny elektron er derfor ikke bare
> > 511keV men 511keV plus energien af den nederste ledige
> > kvantetilstand (kaldet Fermienergien). Denne Fermienergi en simpel
> > funktion af elektrontætheden, nemlig
>
> > naturkonstant * (1/hvilemasse) * tæthed^(2/3)
(Bare for en god ordens skyld: Udtrykket gælder i det
ikke-relativistiske tilfælde (n og p). De fleste elektroner er
derimod ekstremt relativistiske, og deres Fermienergi er givet ved
hstreg*c*(3pi²*tæthed)^(1/3).)
> Jo, men hvis man har bar neutroner, er elektrontætheden da 0, er den
> ikke? Så ihvertfald den første n->p+e er gratis hvad angår den konto,
> og indtil der er lige så mange elektroner som i dagligdags stof (hvor
> der jo er plads til alle elektronerne kun få eV fra grundtilstanden),
> bør der da ikke være noget videre problem.
Rigtigt. Og som jeg før argumenterede for, er tætheden af p og e
til gengæld mindre end tætheden af n, så ligevægtstætheden må
altså ligge et sted mellem disse to grænser.
> Det er selvfølgelig ikke nødvendigvis mange elektroner hvis man ser på
> dem i forhold til tætheden af nukleoner, men det må da alligevel være
> nok til at opretholde en pæn strømtæthed når de allesammen er frie.
Selvom de ikke påvirkes (meget) af protonerne, er elektronerne
alligevel ikke frie til at følge/danne magnetfeltet: De ligger jo
fastlåst i alle de nederste kvantetilstande, og for hver tilstand
svarende til impulsen p, må der være en anden tilstand svarende
til impulsen -p. Så jeg tror ikke umiddelbart, at elektronerne i
en NS vil have meget lettere ved at producere magnetfelter end et
tilsvarende antal elektroner i et almindeligt metal.
> > I en (hypotetisk) plasma med kernestoftæthed og lige stort antal n,
> > p og e,
>
> Ah! Jeg forestillede mig slet heller ikke elektrontætheder i den
> størrelsesorden. Et elektron-proton-par pr 10^9 neutroner eller sådan
> noget (for passende værdier af 9, som er et fuldstændig skud i tågen)
> ville passe mig fint.
En passende værdi af 9 er cirka 2. Bevis: Elektron- og
protontætheden (som må være ens; en nettoladningstæthed != 0 vil
hurtigt udlignes) kan estimeres ved at forudsætte, at
energigevinsten inklusive Fermienergier ved beta-henfaldet er nul,
altså at
Mn c² + Ef(n) = Mp c² + Ef(p) + Me c² + Ef(e).
Jeg er kun interesseret i størrelsesordener og approksimerer
derfor Mn=Mp+Me og Ef(p) = 0, bruger ovenstående udtryk for
elektron-Fermienergien og antager for eksemplets skyld, at
neutrontætheden er lig 2*kernestoftæthed, sådan at Ef(n) = 100
MeV. Det hele koger ned til
Ef(n) = Ef(e) =>
100 MeV = hstreg*c*(3pi²*elektrontæthed)^(1/3),
hvilket giver en elektrontæthed på 0.004 fm^-3. Sammenlignet med
kernestoftætheden 0.17 fm^-3, ser vi at elektron- og
protontætheder måles i procent. Se evt.
http://nucl.sci.hokudai.ac.jp/~ohnishi/Src/Pro/HYP2000-SO.pdf side
3 figur 1-2 for detaljerede beregninger af antalstætheder som
funktion af total massetæthed.
Med så stort et antal ladede partikler tror jeg ikke, det er noget
problem at få produceret et 10^8 Tesla-magnetfelt (heller ikke
selvom kun p og e i den øverste lille del af energispektret kan
"anvendes").
--
Jonas Møller Larsen