Dlaczego dwa neutrony nie mogą się połączyć, tak jak robią to z protonami w jądrach atomów? Jak to wygląda w skali kwarków? W internecie znalazłem tylko wyjaśnienie, że ładunki elektryczne kwarków na to nie pozwalają, ale naprawdę nie wiem jak to miałoby wpłynąć na siły jądrowe. Zresztą kwarki nie łączą się przez oddziaływanie elektromagnetyczne. Gdyby tak było, ładunek kolorowy nie miałby znaczenia, a cząstki delta- czy delta++ nie mogłyby istnieć.
Czy dwa neutrony mogą się połączyć i utworzyć stan związany?
Pytanie
Odpowiedź
Oddziaływanie cząstek kwantowych bardzo istotnie zależy od tego, czy są to cząstki identyczne czy też różne. Neutron i proton są różne, a dwa neutrony są identyczne. W przypadku, gdy całkowity moment pędu $J$ równa się całkowitemu spinowi $S$ (takie stany mają najniższe energie), stan neutron-proton może mieć zerowy lub jednostkowy całkowity spin, natomiast dla stanu neutron-neutron dopuszczalny jest jedynie spin zerowy. Dla obydwu układów stan o zerowym spinie nie jest stanem związanym, natomiast stan proton-neutron o spinie jednostkowym identyfikujemy z deuteronem – jądrem deuteru. Proton i neutron przyciągają się mocniej w stanie o spinie jednostkowym.
Nieistnienie stanu o $J=S\neq 0$ dla dineutronu wynika z faktu (nazywanego zakazem Pauliego), że funkcja falowa dwóch identycznych fermionów (w tym wypadku neutronów) musi być antysymetryczna względem zamiany cząstek (tj. musi zmieniać znak przy takiej zamianie). Więcej na ten temat można przeczytać tutaj.
Nasze rozważania nie zmieniłyby się, gdyby oddziaływania elektromagnetyczne nie istniały, a kwarki $u$ i $d$ miały dokładnie równe masy.
Na tej stronie Wikipedii można znaleźć komentarze na temat dineutronu obserwowanego jako bardzo krótko żyjący stan pośredni w rozpadach niektórych jąder, np. berylium-16.