Нейтронный лазер

[Ruslan_Sharipov]

Известно, что существуют так называемые нейтонноизбыточные ядра. Для многих из них доминирующим каналом распада является потеря нейтрона: $\mathrm{{}^r_sX\to {}^{r-1}_{\ s}X}+n$. Если из атомов с такими ядрами вырастить очень длинный прямоугольный кристалл, то получится среда с инверсной населённостью по нейтронам. Могут ли нейтроны, испущенные вдоль длинной стороны кристалла, индуцировать распад ядер на своём пути и сформировать когерентный пучок нейтронов? То есть будет ли это работать как нейтронный лазер?

[amon]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672225 писал(а):

То есть будет ли это работать как нейтронный лазер?

Нет, потому, что нейтроны - фермионы, а фотоны - бозоны.

[Ruslan_Sharipov]

А если найдутся нейтронноизбыточные ядра с двухнейтронным доминирующим каналом распада: $\mathrm{{}^r_sX\to {}^{r-2}_{\ s}X}+2\,n\,$? Среди пар нейтронов могут быть те, что оба летят вдоль оси кристалла.

[Dmitriy40]

Ruslan_Sharipov
Среды с инверсной заселённостью недостаточно для построения лазера (источника направленного излучения) сразу по минимум двум причинам:
1. Излучение должно быть вынужденным (но не обязательно когерентным как в лазере): $n+{}^r_s X \to {}^{r-1}_{\ s} X + 2n$.
2. Оба результирующих нейтрона должны лететь в ту же сторону что и исходный (ну или хотя бы параллельно исходному).
Обе они для Ваших условий не соблюдаются, на вторую похоже косвенно и указал amon.
Так что Ваш длинный стержень будет фонить во все стороны.
Плюс, лазер это не просто источник направленного излучения, а оно ещё и когерентное, чего для нейтронов я так понимаю тоже не будет (и на это тоже, даже в большей степени, указал amon).

[Ruslan_Sharipov]

Dmitriy40 в сообщении #1672288 писал(а):

Так что Ваш длинный стержень будет фонить во все стороны.

Так рубиновый стержень в фотонном лазере тоже будет фонить в разные стороны, если нет зеркал на торцах или если он недостаточно длинный.

Dmitriy40 в сообщении #1672288 писал(а):

Излучение должно быть вынужденным (но не обязательно когерентным как в лазере): $n+{}^r_s X \to {}^{r-1}_{\ s} X + 2n$.

Почему оно не может стать вынужденным $2\,n+{}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 4\,n$, если акт спонтанного излучения является истинно двухнейтронным ${}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 2\,n$, то есть дающим два нейтрона в запутанном квантовом состоянии, а не последовательностью из двух разделённых во времени однонейтронных распадов?

[Dmitriy40]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672303 писал(а):

Так рубиновый стержень в фотонном лазере тоже будет фонить в разные стороны, если нет зеркал на торцах или если он недостаточно длинный.

Будет конечно, только в сторону торцов излучение будет в разы сильнее из-за усиления вдоль стержня, а с нейтронами - усиления не будет (если распады не вынужденные или не сонаправленные).

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672303 писал(а):

дающим два нейтрона в запутанном квантовом состоянии,

А надо запутанными (скоррелированными) с исходными, а не между собой. И в ту же сторону, а не абы куда.

Вы сами себе противоречите, сначала указываете "акт спонтанного излучения", а потом делаете его вынужденным. Это как? Реакция вынужденного распада должна быть типа такой тогда: $n+{}^r_s X \to {}^{r+1}_{\ s} X \to {}^{r-1}_{\ s} X +2n$. Но вторая реакция, как сами же говорите, спонтанная и никак не связана с параметрами исходного нейтрона - значит не будет и усиления вдоль стержня (правые два нейтрона могут улететь не вдоль, а куда угодно).

[Ruslan_Sharipov]

Dmitriy40 в сообщении #1672307 писал(а):

Вы сами себе противоречите, сначала указываете "акт спонтанного излучения", а потом делаете его вынужденным.

Ну если сравнить с обычными лазерами, то один и тот же переход электрона между атомными уровнями энергии (если он не запрещён какими-либо правилами отбора) может происходить как спонтанно, так и вынужденно. Почему с ядерными уровнями энергии должно быть иначе?

Dmitriy40 в сообщении #1672307 писал(а):

Реакция вынужденного распада должна быть типа такой тогда: $n+{}^r_s X \to {}^{r+1}_{\ s} X \to {}^{r-1}_{\ s} X +2n$.

Но amon нам сказал, что одиночный нейтрон - это фермион. Бозоном может стать только пара нейтронов. Поэтому я стал писать оба распада - и спонтанный, и вынужденный как синхронные переходы пар нейтронов:

$$\begin{xalignat*}&{}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 2\,n,&&\qquad\qquad 2\,n+{}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 4\,n.\end{xalignat*}$$

[amon]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672318 писал(а):

Бозоном может стать только пара нейтронов.

Не может. Если Вы про куперовскую пару, то она - не бозон.

[Dmitriy40]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672318 писал(а):

Почему с ядерными уровнями энергии должно быть иначе?

Может потому что там не электромагнитные силы?
А если даже как-то и выделить только их, то лазер можно будет построить - но именно что лазер, источник когерентных фотонов (бозонов), при чём тут нейтроны (фермионы)?!
Пример попроще: возьмите обычный атом с лишним электроном (ион), киньте ему ещё электрон - что, неужели он обязательно перейдёт в нейтральное состояние и выдаст "на гора" два коррелированных с исходным электрона?! Электронный лазер, не? Хинт: нет, фермионы не бозоны, о чём уже сказано.

Ruslan_Sharipov в сообщении #1672318 писал(а):

Поэтому я стал писать оба распада - и спонтанный, и вынужденный как синхронные переходы пар нейтронов:

$$\begin{xalignat*}&{}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 2\,n,&&\qquad\qquad 2\,n+{}^r_s X \to {}^{r-2}_{\ s} X + 4\,n.\end{xalignat*}$$

От того что во время спонтанного распада (уравнение слева) вокруг летает пара (да хоть тыща) свободных нейтронов распад в вынужденный не превратится. И правое уравнение некорректное, это не вынужденный распад, это просто спонтанный распад с двумя (почему не тыщей?) лишними нейтронами и слева и справа. Вынужденный распад происходит по другому: сначала поглощением нейтрона с образованием нестабильного промежуточного ядра и лишь потом его распадом (спонтанным). Или Вы действительно считаете что пролетающий мимо нейтрон (или два) вызовет спонтанный распад превратив его в вынужденный, да ещё и результирующие нейтроны будут квантово связаны с исходным(и)?! А уж чтобы оба испущенных нейтрона от одного ядра (даже если они окажутся в связанном состоянии) одновременно попали в другое ядро - это простите вообще фантастика, головой то подумайте, куда они все полетят. И на двухфотонные реакции не смотрите, лишь запутаетесь.

[realeugene]

amon в сообщении #1672340 писал(а):

Если Вы про куперовскую пару, то она - не бозон.

Да? Квазичастица с нулевым спином? И за сверхпроводимость не бозе-конденсат этих бозонов отвечает?

[amon]

realeugene в сообщении #1672345 писал(а):

Да? Квазичастица с нулевым спином?

Это стандартное заблуждение насчет сверхпроводимости. "Куперовские пары - бозоны, их конденсат - сверхпроводящая жидкость." Это неверно. Пара фермионных операторов $a^+_\uparrow a^+_\downarrow$ (куперовская пара) действительно коммутирует со всеми другими комбинациями операторов рождения, но при этом $(a^+_\uparrow a^+_\downarrow)^2=0.$ То есть, невозможно загнать все пары в одно состояние, и в этом смысле они ведут себя как фермионы.

[Ruslan_Sharipov]

amon в сообщении #1672340 писал(а):

Не может. Если Вы про куперовскую пару, то она - не бозон.

Спин каждого из трёх кварков в составе нейтрона равен $1/2$. Спин нейтрона в тоже $1/2$. Как формируется спин составных частиц? Спины кварка и антикварка в составе пиона $\pi^{+} $ равны $1/2$ у каждого. Спин пиона $\pi^{+} $ равен нулю. Он признаётся бозоном. Почему с куперовской парой происходит не так же? Только потому что она состоит из двух одинаковых частиц? Чему равен квадрат оператора $(u^{+}_\uparrow\,\bar d^{+}_\downarrow)^2$ в случае пиона $\pi^{+} $?

[chislo_avogadro]

amon в сообщении #1672349 писал(а):

но при этом $(a^+_\uparrow a^+_\downarrow)^2=0.$ То есть, невозможно загнать все пары в одно состояние, и в этом смысле они ведут себя как фермионы.

То есть теория БКШ неверна. А как сейчас объясняют сверхпроводимость?

[amon]

chislo_avogadro в сообщении #1672354 писал(а):

То есть теория БКШ неверна.

БКШ учитывает это обстоятельство по полной. Только для того, чтобы это понять ее знать надо.

[Ruslan_Sharipov]

amon в сообщении #1672349 писал(а):

Пара фермионных операторов $a^+_\uparrow a^+_\downarrow$ (куперовская пара) действительно коммутирует со всеми другими комбинациями операторов рождения, но при этом $(a^+_\uparrow a^+_\downarrow)^2=0.$ То есть, невозможно загнать все пары в одно состояние, и в этом смысле они ведут себя как фермионы.

То есть куперовская пара не бозон и не фермион? А так бывает?