Neutrônio - Neutronium
O neutrônio (às vezes abreviado para nêutrio , também conhecido como neutrito ) é uma substância hipotética composta puramente de nêutrons . A palavra foi cunhada pelo cientista Andreas von Antropoff em 1926 (antes da descoberta do nêutron em 1932 ) para o hipotético "elemento do número atômico zero" (com prótons zero em seu núcleo) que ele colocou no topo da tabela periódica (denotado por traço, nenhum símbolo de elemento). No entanto, o significado do termo mudou ao longo do tempo e, da última metade do século 20 em diante, também foi usado para se referir a substâncias extremamente densas que se assemelham à matéria degenerada de nêutrons teorizada para existir nos núcleos das estrelas de nêutrons ; daqui em diante, " neutrônio degenerado " irá se referir a isto.
A ficção científica e a literatura popular usaram o termo "neutrônio" para se referir a uma fase imaginária altamente densa da matéria composta principalmente de nêutrons, com propriedades úteis para a história.
Neutrônio e estrelas de nêutrons
O neutrônio é usado na literatura de física popular para se referir ao material presente nos núcleos das estrelas de nêutrons (estrelas que são muito massivas para serem suportadas pela pressão de degeneração de elétrons e que colapsam em uma fase mais densa da matéria). Este termo é muito raramente usado na literatura científica, por três razões: existem múltiplas definições para o termo "neutrônio"; existe uma considerável incerteza em relação à composição do material no interior das estrelas de neutrões (poderia ser de neutrões-degenerada matéria , matéria estranha , a matéria quark , ou uma variante ou uma combinação dos anteriores); as propriedades do material da estrela de nêutrons devem depender da profundidade devido à mudança de pressão (veja abaixo ), e não se espera que exista uma fronteira nítida entre a crosta (consistindo principalmente de núcleos atômicos ) e a camada interna quase sem prótons.
Quando se presume que o material do núcleo da estrela de nêutrons consiste principalmente de nêutrons livres, é normalmente referido como matéria degenerada de nêutrons na literatura científica.
Neutrônio e a tabela periódica
O termo "neutrônio" foi cunhado em 1926 por Andreas von Antropoff para uma forma conjecturada de matéria composta de nêutrons sem prótons ou elétrons , que ele colocou como o elemento químico do número atômico zero no topo de sua nova versão do periódico mesa . Posteriormente, foi colocado no meio de várias representações espirais do sistema periódico de classificação dos elementos químicos, como as de Charles Janet (1928), EI Emerson (1944) e John D. Clark (1950).
Embora o termo não seja usado na literatura científica, nem para uma forma condensada de matéria, nem como um elemento, há relatos de que, além do nêutron livre , podem existir duas formas ligadas de nêutrons sem prótons. Se o neutrônio fosse considerado um elemento, esses aglomerados de nêutrons poderiam ser considerados os isótopos desse elemento. No entanto, esses relatórios não foram mais fundamentados.
- Mononeutron : Um nêutron isolado sofre decaimento beta com uma vida média de aproximadamente 15 minutos ( meia-vida de aproximadamente 10 minutos), tornando-se um próton (o núcleo do hidrogênio ), um elétron e um antineutrino .
- Dineutron: O dineutron, contendo dois nêutrons, foi inequivocamente observado em 2012 na decomposição do berílio-16. Não é uma partícula ligada, mas foi proposta como um estado de ressonância de vida extremamente curta, produzido por reações nucleares envolvendo trítio . Foi sugerido ter uma existência transitória em reações nucleares produzidas por hélions (núcleos de hélio 3, completamente ionizados) que resultam na formação de um próton e um núcleo com o mesmo número atômico que o núcleo alvo, mas um número de massa duas unidades maior . A hipótese do dineutron já havia sido usada em reações nucleares com núcleos exóticos . Diversas aplicações do dineutron em reações nucleares podem ser encontradas em artigos de revisão. Sua existência tem se mostrado relevante para a estrutura nuclear de núcleos exóticos. Um sistema composto de apenas dois nêutrons não é limitado, embora a atração entre eles seja quase o suficiente para torná-los assim. Isso tem algumas consequências na nucleossíntese e na abundância dos elementos químicos .
- Trineutron: Um estado de trineutron consistindo de três nêutrons ligados não foi detectado e não se espera que exista mesmo por um curto período de tempo.
- Tetraneutron : Um tetraneutron é uma partícula hipotética que consiste em quatro nêutrons ligados. Relatórios de sua existência não foram replicados.
- Pentaneutron: Os cálculos indicam que o estado hipotético do pentaneutron, que consiste em um aglomerado de cinco nêutrons, não seria limitado.
Embora não seja chamado de "neutrônio", o National Nuclear Data Center 's Nuclear Wallet Cards lista como seu primeiro "isótopo" um "elemento" com o símbolo ne número atômico Z = 0 e número de massa A = 1. Este isótopo é descrito como decaindo para o elemento H com meia-vida de10,24 ± 0,2 min .
Propriedades
Neutron matéria é equivalente a um elemento químico com número atómico 0, o que quer dizer que é equivalente a uma espécie de átomos que não possuam protões nos seus núcleos atómicos. É extremamente radioativo ; seu único isótopo equivalente legítimo, o nêutron livre, tem meia-vida de 10 minutos, que é aproximadamente a metade do isótopo mais estável conhecido do frâncio . A matéria de nêutrons se decompõe rapidamente em hidrogênio . A matéria de nêutrons não tem estrutura eletrônica devido à sua total falta de elétrons. Como elemento equivalente, entretanto, pode ser classificado como um gás nobre .
A massa de nêutrons nunca foi vista. Presume-se que a matéria de nêutrons pareceria um gás quimicamente inerte, se o suficiente pudesse ser coletado para ser visto como um gás ou líquido a granel, por causa da aparência geral dos elementos na coluna de gás nobre da tabela periódica.
Embora esse tempo de vida seja longo o suficiente para permitir o estudo das propriedades químicas do neutrônio, existem sérios problemas práticos. Sem carga ou elétrons, o neutrônio não interagiria fortemente com os fótons comuns de baixa energia (luz visível) e não sentiria nenhuma força eletrostática , então se difundiria nas paredes da maioria dos recipientes feitos de matéria comum. Certos materiais são capazes de resistir à difusão ou absorção de nêutrons ultracold devido aos efeitos quânticos nucleares, especificamente a reflexão causada pela interação forte . À temperatura ambiente e na presença de outros elementos, os nêutrons térmicos são rapidamente capturados para formar isótopos mais pesados (e freqüentemente radioativos) desse elemento.
A matéria de nêutrons à pressão e temperatura padrão é prevista pela lei dos gases ideais como menos densa que até mesmo do hidrogênio, com uma densidade de apenas0,045 kg / m 3 (aproximadamente 27 vezes menos denso do que o ar e metade da densidade do gás hidrogênio ). Espera-se que a matéria de nêutrons permaneça gasosa até zero absoluto em pressões normais, já que a energia do ponto zero do sistema é muito alta para permitir a condensação. No entanto, a matéria de nêutrons deveria, em teoria, formar um superfluido gasoso degenerado nessas temperaturas, composto de pares de nêutrons transitórios chamados dineutrons . Sob pressão extremamente baixa, esse superfluido gasoso de baixa temperatura deve exibir coerência quântica, produzindo um condensado de Bose-Einstein . Em temperaturas mais altas, a matéria de nêutrons só se condensará com pressão suficiente e se solidificará com pressão ainda maior. Essas pressões existem em estrelas de nêutrons, onde a pressão extrema faz com que a matéria de nêutrons se degenere. No entanto, na presença de matéria atómica comprimido para o estado de degenerescência de electrões , β - deterioração pode ser inibido devido ao princípio de exclusão de Pauli , tornando assim neutrões livres estáveis. Além disso, pressões elevadas devem fazer os nêutrons se degenerarem .
Comparado aos elementos comuns, o neutrônio deve ser mais compressível devido à ausência de prótons e elétrons eletricamente carregados . Isso torna o neutrônio mais favorável energeticamente do que os núcleos atômicos ( Z positivo ) e leva à sua conversão em neutrônio (degenerado) por meio da captura de elétrons , um processo que se acredita ocorrer em núcleos estelares nos segundos finais da vida de estrelas massivas , onde é facilitado pelo resfriamento via
ν
eemissão. Como resultado, o neutrônio degenerado pode ter uma densidade de4 × 10 17 kg / m 3 , cerca de 14 ordens de magnitude mais densa do que as substâncias comuns mais densas conhecidas. Foi teorizado que pressões extremas de ordem100 MeV / fm 3 pode deformar os nêutrons em uma simetria cúbica , permitindo um empacotamento mais compacto de nêutrons ou causar uma formação de matéria estranha .
Em ficção
O termo neutrônio é popular na ficção científica desde pelo menos a metade do século 20, como a máquina do Doomsday em Star Trek , ou colápsio nos romances de História do Futuro Terrohumano de H. Beam Piper . Normalmente se refere a uma forma de matéria extremamente densa e incrivelmente forte. Embora presumivelmente inspirado no conceito de matéria degenerada de nêutrons nos núcleos de estrelas de nêutrons , o material usado na ficção apresenta no máximo uma semelhança superficial, geralmente representada como um sólido extremamente forte sob condições semelhantes à da Terra , ou possuindo propriedades exóticas, como a capacidade de manipular o tempo e o espaço. Em contraste, todas as formas propostas de material de núcleo de estrela de nêutrons são fluidos e são extremamente instáveis a pressões mais baixas do que as encontradas em núcleos estelares . De acordo com uma análise, uma estrela de nêutrons com massa abaixo de cerca de 0,2 massas solares explodiria. O neutrônio também aparece na série Stargate, onde é um elemento pesado que forma a base dos replicadores na Via Láctea e na galáxia Pegasus.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Glendenning, NK (2000). Estrelas compactas: Física Nuclear, Física de Partículas e Relatividade Geral (2ª ed.). Springer . ISBN 978-0-387-98977-8.