Brechzahl im Inneren von Neutronensternen

[ralfkannenberg]

Hallo zusammen,

ich bin mir nicht sicher, aber diese exotischen Aggregatzustände treten nur bei sehr tiefen Temperaturen auf, die weit unter der 3K-Hintergrundstrahlung liegen. Ein Objekt kann aber nicht unter die Hintergrundstrahlung auskühlen, d.h. man müsste nicht zuwarten, bis das Objekt, also der Neutronenstern oder der Weisse Zwerg so kalt geworden ist, sondern bis die Hintergrundstrahlung sich so weit abgekühlt hat.

Kann sein, dass diese Überlegung aber irgendwo noch einen Fehler enthält. Zudem sagt mir meine Intuition (die ebenfalls falsch sein kann), dass sich ein genügend ausgekühltes Objekt aus entarteter Materie wieder artet und eine Art "Superplaneten" bildet, also kein Schwarzes Loch.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Bernhard]

Keine Ahnung, jedenfalls gibt es dann keinen Femidruck mehr ...

Warum sollte das Pauli-Prinzip bei tiefen Temperaturen nicht mehr gelten?

 

[Rainer]

treten nur bei sehr tiefen Temperaturen auf,

nein, das spart nur den enormen Druck.
Mit so hohem Durck wie in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall geht es bei hohen Temperturen.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass von einem Ende der BEC-Zeit die Rede ist, kann aber jetzt nichts finden.

Im Labor kann man sehr viel leichter die Temperatur verringern, als den Druck erhöhen.
Auch hier liest man immer wieder, dass neues Material für höhere Temperaturen gefunden wurde, wofür aber der erreichbare Druck immer noch nicht ausreicht.

Warum sollte das Pauli-Prinzip bei tiefen Temperaturen nicht mehr gelten?

Das liegt am BEC, bereits Cooper-Paare verhalten sich wie Bosonen.
Ich gehe zwar davon aus, dass dies auf Quarkniveau nicht mehr gilt. Aber auch Quarks könnten im QGP solche Paare bilden.
Soweit ich das gerechnet habe, würde ein derartiger Quarkstern mit Quark-Fermidruck längst unter der Größe eines SL liegen, wäre also nicht unterscheidbar. Das liegt vor allem an dem hohen Freiheitsgrad der Quarkarten mit 3 Farben zusätzlich zum Spin.

 

[Bernhard]

Das liegt am BEC, bereits Cooper-Paare verhalten sich wie Bosonen.

Gutes Argument. Danke. So ist ein weiterer Kollaps zu einem Schwarzen Loch nur aufgrund einer Abkühlung denkbar. Was bedeutet BEC?

 

[Rainer]

Bose Einstein condensate
auch BEK im Deutschen

ich habs gerade in en.wiki (disambiguation page) ergänzt
im Deutschen wiki steht es seit über 15 Jahren drin

 

[Bernhard]

Bose Einstein condensate
auch BEK im Deutschen

Danke.

ich habs gerade in en.wiki (disambiguation page) ergänzt

Ich finde so Abkürzungen für den Leser generell nicht gerade hilfreich, bin aber manchmal auch zu faul alles auszuschreiben.

 

[Rainer]

Ich finde so Abkürzungen für den Leser generell nicht gerade hilfreich, bin aber manchmal auch zu faul alles auszuschreiben.

nachdem es des aktuelle Thema war, dachte ich mir nichts dabei, dass es bislang nur als BEK eingeführt war, hatte ich sozusagen übersehen

 

[Prokyon]

Das liegt am BEC, bereits Cooper-Paare verhalten sich wie Bosonen.

Aber Supraleitung reduziert doch nicht die mechanische Kompressibilität eines Supraleiters, oder?
Die Bewgung der Elektronen ist im supraleitenden Zustand auf vergleichsweise großen Skalen korreliert, aber das heißt doch nicht, dass das Pauli-Prinzip aufgehoben ist und man die Elektronen auf einen Punkt zusammenschrumpfen lassen könnte.

 

[Rainer]

aber das heißt doch nicht, dass das Pauli-Prinzip aufgehoben ist und man die Elektronen auf einen Punkt zusammenschrumpfen lassen könnte.

Das hatte ich schon immer so verstanden. Den Begriff Fermionen Kondensat lese ich allerdings heute zum ersten Mal (bewusst).

wiki:

Pauli-Prinzip – Wikipedia

de.wikipedia.org

Das Paulische Ausschließungsprinzip gilt für alle Teilchen mit halbzahligem Spin und nur für diese. Für Bosonen gilt das Paulische Ausschließungsprinzip hingegen nicht. Diese Teilchen genügen der Bose-Einstein-Statistik und können gleiche Quantenzustände einnehmen, im Extremfall bis hin zum Bose-Einstein-Kondensat.

Bose-Einstein-Kondensat – Wikipedia

de.wikipedia.org

Dass die oben genannten Gase bosonisches Verhalten zeigen und nicht – wie Festkörperphysiker oder Chemiker von Alkaliatomen erwarten würden – fermionisches (für welches das Pauli-Prinzip gelten würde), beruht auf einem subtilen Zusammenspiel von Elektronen- und Kernspin bei ultratiefen Temperaturen: Bei entsprechend niedrigen Anregungsenergien sind der halbzahlige Gesamtspin der Elektronenhülle der Atome und der ebenfalls halbzahlige Kernspin durch die schwache Hyperfeinwechselwirkung zu einem ganzzahligen Gesamtspin des Systems gekoppelt ....
Beim Fermionen-Kondensat basiert der Effekt ebenfalls auf Bosonen. Aufgrund des Pauli-Prinzips ist es nicht möglich, dass sich Fermionen im selben Zustand befinden. Dies gilt aber nicht für sich paarweise zu Bosonen zusammenschließende Fermionen, die dann als Bosonen ein Kondensat bilden können.

Fermionen-Kondensat – Wikipedia

de.wikipedia.org

Fermionen-Kondensate treten auf bei Elektronen in Supraleitern, Protonen und Neutronen in Atomkernen oder in Neutronensternen, einer Flüssigkeit aus Helium-3-Atomen sowie tiefgekühlten Atomen in Atomfallen.
In aller Regel beruht die Bildung eines Fermionen-Kondensats darauf, dass aufgrund einer Wechselwirkung je zwei Fermionzustände ein Paar und somit effektiv ein Boson bilden. Ein Fermionen-Kondensat ist dann interpretierbar als Bose-Einstein-Kondensat dieser Fermion-Paare.

Der Unterschied ist, dass nicht das ganze Substrat Paare ausbildet, wenn ich nicht irre.

Noch ein Überblick / Zusammenfassung

Fermionische Kondensation: Prinzipien | StudySmarter

Fermionische Kondensation: Verstehen leicht gemacht! ✓ Entdeckung ✓ Anwendung ✓ StudySmarterOriginal!

www.studysmarter.de

... Fermionen, unter extremen Bedingungen wie niedrigen Temperaturen oder hohen Drücken in einen neuen Zustand übergehen, ...
Das Bose-Einstein-Kondensat (BEK) betrifft Bosonen mit ganzzahligem Spin, die sich im niedrigsten Quantenzustand sammeln, wohingegen die fermionische Kondensation Fermionen mit halbzahligen Spin betrifft, die unter besonderen Bedingungen wie der Bildung von Cooper-Paaren kondensieren können.

Fermionic condensate - Wikipedia

en.wikipedia.org

Fermionic superfluids
It is far more difficult to produce a fermionic superfluid than a bosonic one, because the Pauli exclusion principle prohibits fermions from occupying the same quantum state. However, there is a well-known mechanism by which a superfluid may be formed from fermions: That mechanism is the BCS transition, discovered in 1957 by J. Bardeen, L.N. Cooper, and R. Schrieffer for describing superconductivity.

 

[ralfkannenberg]

Oder bedeutet es, dass bei Unterschreiten der jeweiligen "Betriebstemperatur" aus dem WD ein NS wird bzw aus dem NS ein SL?

Hallo Rainer,

wie es aussieht passiert das nicht, sondern die WD und NS entarten sich wieder nach sehr langer Zeit, die etwa der Zeit des Protonenzerfalls entspricht; je nach angenommener Theorie passiert das allerdings in sehr unterschiedlich langen Zeiträumen, die ohnehin allesamt sehr weit in der Zukunft liegen.

A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects (Fred C. Adams, Gregory Laughlin)


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[Rainer]

Man muss sowieso BEC aus elementaren Bosonen und zusammengesetzten Bosonen sowie FDC (Fermi Dirac condensate) aus Cooper Paaren unterscheiden. Das hatte ich wohl in einen Topf geworfen.

Nur weil es sich ähnlich verhält, heißt es ja noch lange nicht, dass es ähnlich entsteht.

 

[Prokyon]

Fermionic superfluids halte ich für einen misnomer. Bei der Bildung eines Cooper-Paares verschwinden ja nicht die Elektronen, sondern es entsteht nur eine Überstruktur. Im Innern eines Neutronensterns könnte es ein Pionen-Kondensat geben (habe ich vor vielen Jahren mal gelesen), aber es wird wohl immer noch Neutronen geben müssen, die für den nötigen Druck sorgen. Die Zustandsgleichung, das Zustandsdiagramm für ein Quark-Gluon-Plasma sind wohl immer noch weitgehend unbekannt.

Die ursprüngliche Frage dieses Threads ist nach meinem Gefühl im Post #13 hinreichend beantwortet.

 

[Bernhard]

Die ursprüngliche Frage dieses Threads ist nach meinem Gefühl im Post #13 hinreichend beantwortet.

Mir ist dabei allerdings nicht wirklich klar, inwieweit die Überlegungen aus der Plasmaphysik auf die Zustände im Neutronenstern anwendbar sind.

 

[Rainer]

Plasmaphysik

was sollte man denn sonst anwenden?
Meist liegt der Unterschied im Druck, den wir im Labor nicht erreichen. Der Druck wird allerdings vorrangig berücksichtigt, darauf beruht ja die Betrachtung. Nur die thermische Temperatur wird nicht betrachtet, weil sie niedriger ist als die Fermitemperatur.
Wenn also die Fermitemperatur nur eine Rechengröße ist, dann kann das Plasma abkühlen und womöglich zum Kondensat werden.
(den von Ralf oben zitierten Artikel habe ich leider noch nicht halbwegs gelesen)
Varianten wie QGP etc sind allerdings noch nicht verstanden, obwohl das Confinement ja schon bei T > 156,5 MeV = 1,8161e+12 K (Hagedorntemperatur) entfällt. Dies entspricht allerdings einem enormen Druck, nur ein Kollisionsereignis ist für die Beobachtung nicht ausreichend.

 

[Rainer]

Supraleitung - Suprafluidität - BEC - Cooper Paare
(leider nur sehr grob)

 

[TomS]

Zu Zustandsgleichungen für Plasma-Physik und Neutronensterne haben nichts miteinander zu tun. Plasmaphysik ist klassische Physik, für Neutronensterne braucht man die Quantenfeldtheorie.

 

[Prokyon]

Zu Zustandsgleichungen für Plasma-Physik und Neutronensterne haben nichts miteinander zu tun.

Nichts miteinander zu tun? Da sind wohl die Schubladen etwas zu klein.
In den Lehrbüchern für Festkörperphysik werden bei der Diskussion der Fermi-Flüssigkeit auch Plasmonen behandelt. Und quantentheoretisch kommt derselbe Ausdruck für die Plasmafrequenz heraus wie bei "konventionellen" Plasmen in verdünnten Gasen.

 

[TomS]

Ok, das klingt spannend.

Hast du eine entsprechende Quelle für den Neutronenstern?

 

[Prokyon]

Nein. Ich glaube auch nicht, dass die optischen Eigenschaften der Neutronensternmaterie bisher auf großes Interesse gestoßen sind (außer vielleicht für die Abkühlraten). Aber die Berechnung des dielektrischen Tensors läuft prinzipiell wohl nicht anders als in Metallen, nur die Elektronendichte ist merklich höher.

 

[TomS]

Aber die Berechnung des dielektrischen Tensors läuft prinzipiell wohl nicht anders als in Metallen, nur die Elektronendichte ist merklich höher.

Meinst du?

Dazu müssten wir die Berechnung erst mal kennen

Ich stimme dir aber natürlich zu - wenn man den Tensor kennt, folgt der Rest.