¿Qué le sucede a la materia cuando se convierte en energía?

Question

De acuerdo con la ecuación de Einstein $$E=mc^2$ $ La materia se puede convertir en energía. Un ejemplo de esto es una reacción nuclear. ¿Qué pasa con el asunto en el proceso ? ¿Los átomos / partículas subatómicas simplemente desaparecen? Cualquier idea sobre este proceso es apreciada.

Answer 1

Gran parte de la masa es sólo la energía de enlace, por lo que en una reacción química los electrones se reconfiguran y se libera la energía y la masa total de las moléculas que va hacia abajo (en una reacción exotérmica, por ejemplo).

Lo mismo es cierto para el común de las reacciones nucleares, como la fisión espontánea del uranio, con la salvedad de que algunos de los más importantes reacciones nucleares implican el cambio de las partículas fundamentales, por ejemplo, de la desintegración beta:

$$ n \rightarrow p + e^- + \bar\nu_e $$

Aquí la masa de la RHS es menor que la de la PREPA, por lo que el electrón y un antineutrino energético (en el neutrón marco del resto). La energía proviene de la diferencia en el neutrón (936.6 MeV) y (938.3 MeV) de protones masas, que es de alrededor de 1.3 MeV.

Que 1.3 MeV no es la energía de enlace, más bien es la masa del quark diferencia viene de:

$$ d \rightarrow u + e^- + \bar\nu_e $$

donde los de arriba (hacia abajo) quark masa es $2.3\pm 0.7 \pm 0.5$ MeV ($4.8\pm 0.5 \pm 0.3$ MeV). Tenga en cuenta que la mayoría de los nucleones la misa es, una vez más, la energía de enlace.

Entonces, ¿qué le sucede a la masa cuando la de abajo se desintegra en una? Nada. La masa no es material, la masa es una cuadrática de acoplamiento para el bosón de Higgs, que deja de energía finita al impulso cero:

$$ E = \sqrt{(pc)^2 + (mc^2)^2} \rightarrow_{|p=0}=mc^2$$

o en otros términos partícula libre ondas (dividir por $\hbar$):

$$ \omega = \sqrt{(kc)^2 + (mc^2/\hbar)^2}\rightarrow_{|p=0}=mc^2/\hbar$$

sólo es finito finito de la frecuencia en el número de onda cero.

¿Cómo funciona que la materia no es materia y es sólo una cantidad en el campo cuántico? Mientras que generalmente están cómodos con el fotón de ser una cantidad en el campo electromagnético que puede aparecer y desaparecer a voluntad (siempre que al menos la energía y el momentum se conserva), esto es debido a que consideramos que la EM campo como un objeto fundamental. Por otra parte, el fotón es su propia antipartícula, y es neutral, por lo que la conservación de la carga y otro número cuántico no siempre vienen a la mente. También son de boston, con lo que no podemos pensar en ellos como "cosas", ya que pueden estar en el mismo estado cuántico.

Bien, así es el quark campo también fundamental, y su quanta son quarks up y down (y más), y en el caso de la desintegración beta, la $W$ bosón de cambios en el sabor de quark (y cobrar, y otros números cuánticos) de tal manera que al resto, la inicial quanta ($d$) tiene un fuerte acoplamiento a la partícula de Higgs, que el final quanta ($u$), la que vemos como más de masa en el estado inicial y, por tanto, más energía cinética en el estado final.

Por supuesto, usted todavía puede ver los quarks como "cosas" y considerar el acoplamiento de Higgs como una especie de energía de enlace que conduce a la masa. Que bien.

Así que vamos a ver en electrón-positrón aniquilación:

$$ e^+ + e^- \rightarrow 2\gamma $$

Aquí, la materia (2 leptones) desaparecen y se convierten en 2 de los rayos gamma. El estado inicial realmente actúa como cosas: son fermiones, que no pueden estar en el mismo estado cuántico, tienen masa, que están a cargo, y así sucesivamente. Suficiente electrones hacer un rayo: que es muy real.

Pero el electrón y un positrón son tanto quanta en la electrónica de campo. Eso es todo. Tienen carga opuesta y leptón-número (número de electrones), por lo que puede aniquilar sin violar ninguna de las leyes de conservación. El estado inicial de la masa es energía en cero impulso, no es algo más "real" o fundamentales que la de los electrones propio campo. El resto de la energía está ahora disponible para el 511 KeV de rayos gamma, que está a sólo 2 quanta en los campos EM (y es la acusación de que las parejas de los dos campos).

Así que en resumen: toda la materia está hecha de quanta en cuánticas de campos, y los campos son los objetivos fundamentales. La masa es sólo de Higgs acoplamiento. Si la partícula y la antipartícula se encuentran, se puede aniquilar, en cuyo caso la masa desaparece (o no, no puede ser masiva de partículas en el estado final).

Desde cosas como bariones número de electrones y el número se conservan, básica de las partículas que hacen (los átomos), en la ausencia de antimateria, aparecen estable y se ven como "cosas". Pero fundamentalmente: no son ni.

Answer 2

En primer lugar, me gustaría señalar, porque el término viene a menudo, en uso estricto no hay tal cosa como la "energía pura". La energía no es una materia, como en las partículas, pero un número que está asociado con las cosas, una cantidad que, a pesar de que la cantidad puede ser, de hecho, el pensamiento de como actuar, dada su conservación de la propiedad, como una especie de intangibles "cosas" que se puede poner un poco de aquí o allí o moverse de diferentes maneras. Por supuesto, supongo, hay algunas discusiones filosóficas que usted puede hacer allí - después de todo, "partículas" podría ser considerada como "números", también, en un sentido, si sólo se adhieren a un crudo instrumentista comprensión. Así que tal vez debería decir que no es la energía de las partículas", como opuesto a "no es un 'otras cosas'".

En lugar de hablar de "asunto" con respecto a "energía", es más correcto hablar de masa como una forma de energía, por lo que no hay duda de la "conversión": la masa es ya una energía. Lo que pasa es que tenemos la conversión de la energía de una forma a otra forma, y al hacerlo, otros las cosas tienen que cambiar, y que puede significar que las partículas de ser recolocados o un tipo de partículas se convierten en otro tipo de partículas.

En este caso, ya que hablar de "energía pura" y yo estoy muy en contacto con la forma en que la gente hable de cosas coloquialmente, me imagino lo que estás pensando es la aniquilación - como entre una partícula y su antipartícula. Bueno, lo que sucede allí es el segundo tipo de proceso: el viejo partículas desaparecen y al mismo tiempo (al menos, con la habitual advertencia de que no podemos ver los procesos cuánticos, pero las matemáticas por lo que puede ejecutar de los demás nos dicen que si algo no puede ser llamada la "aniquilación de eventos", "simultánea" no es demasiado malo en contacto con ella) nuevas partículas aparecen. Si un electrón y un positrón, se obtienen dos fotones. Si se trata de un protón con antiprotón, se obtiene (en última instancia), algunos fotones y también a los neutrinos. El último en realidad tiene algo de masa, pero el primero no. Todos ellos tienen energía, y la energía se conserva a lo largo.

Lo que pasa es que en estos casos, el resto (o "de masas") de la energía de las partículas, proporcional a su masa, se convierte en masa y también la energía cinética de otras partículas. En el electrón-positrón caso, la energía final es puramente cinética, como en un sentido, todos los fotones de la energía es energía cinética, mientras que en el protón-antiprotón caso, los neutrinos tienen un poco de reposo de la masa en energía, pero la abrumadora mayoría de la energía es cinética en este caso.

Answer 3

Einstein, en su famoso pero rara vez de leer en papel "¿la inercia de un cuerpo depende de su contenido de energía?", no escribir que la materia (o, mejor, de la masa) pueden ser convertidos en energía. La forma en que dijo su resultado fue: $$ \Delta E = \Delta m \cdot c^2, $$ es decir, en el marco del resto de cualquier sistema, las variaciones de la masa y de las variaciones de la energía (del sistema) son proporcionales. Tal resultado es incondicionalmente válido y, a continuación, es aplicable también para el caso de que la parte inicial o final de la misa en $\Delta m$ es cero.

Sin embargo, la relación no dice nada sobre el mecanismo o incluso si un proceso inicial o final de masa de estado es realmente posible. Que no es la tarea de un principio de conservación como este.

De hecho, la primera aplicación de Einstein, la relación de la física nuclear, hecho por Lise Meitner para estimar la energía que se obtiene en uno de los primeros procesos de fisión obtenidos en el laboratorio, no estaba relacionado con cualquier proceso de aniquilación, pero conectado el defecto de masa entre el núcleo inicial y la de los fragmentos de fisión a la energía cinética de los fragmentos en el centro de masa del marco. Una vez más, Einstein, la relación no dice nada acerca de qué proceso de fisión es posible. Se está estableciendo una conexión entre la masa y las variaciones de energía.

Answer 4

Para iniciar con la $m$ en $E=mc^2$ es la masa relativista, y en la física de partículas que esto está fuera de uso cause confusión. Uno de los usos de cuatro vectores , donde la "longitud" de los cuatro vectores es la masa invariante, identificada únicamente con las partículas elementales, y con sistemas de partículas elementales.

Cuatro vectores son buenos en hacer el seguimiento de la energía, como uno de los componentes de los cuatro vectores es la energía.

$$\overrightarrow{P} = \left[\begin{matrix}E\\ p_xc\\ p_yc\\ p_zc\end{de la matriz}\right] = \left[\begin{matrix}E\\ \overrightarrow{p}c\end{de la matriz}\right]$$

Es vectoriales álgebra y permite cálculos rigurosos.

Las partículas elementales en la tabla de de la física de partículas se han fijado las masas se ve en la tabla, y de sus cuatro vectores siempre tiene la longitud de la masa:

$$\sqrt{P\cdot {P}} = \sqrt{E^2 - (pc)^2} = m_0c^2$$

Qué le sucede a la materia en el proceso? Hacer que los átomos de los/las partículas subatómicas simplemente desaparecen

Toda la materia está compuesta de partículas elementales, en los límites de los sistemas donde hay un gran número de cuatro vectores para agregar a llegar a la masa invariante del sistema compuesto. Mira lo complicado que un protón es

Es por eso que tiene una gran masa de casi 1000 Mev, mientras que los componentes de los quarks y antiquarks tienen masas de mev y los gluones masa cero. El agregado de los cuatro vectores de dar a la masa del protón ( en un complicado para calcular manera)

Hay número cuántico normas de conservación que la materia se compone de partículas elementales, tiene que obedecer. De carga, número de bariones número leptónico etc han de ser conservados. Así que una forma de transformar la masa en energía es por la aniquilación de partículas de éxitos antipartícula , números cuánticos suman cero (por antipartícula definición)y, a continuación, el resto de los pares de partículas y radiación que pueden aparecer ,tomando distancia de la energía cinética. Protones antiprotón aniquilar incluso si tienen pequeñas momenta, la creación de un gran número de pions, de curso siguiente número cuántico de conservación.

En física nuclear, debido a la energía de enlace de la curva de la tabla periódica de los elementos ,

Es posible obtener energía por fisión o por la fusión de elementos particulares, lo que ha llevado a la bomba atómica y la bomba de hidrógeno. Los cuatro vectores que representan un núcleo se puede dividir en cuatro vectores de otros núcleos y la liberación de energía en forma de radiación o energía cinética de los nuevos núcleos.

Answer 5

Que básicamente se está preguntando acerca de la equivalencia masa energía y las reacciones nucleares. Y te gustaría saber qué sucede con el (supongo resto), la masa y la materia en el proceso.

La masa–energía de la fórmula también sirve para convertir las unidades de masa en unidades de energía (y viceversa), no importa qué sistema de unidades de medida se utiliza. Sin embargo, el uso de esta fórmula en tales circunstancias ha llevado a la falsa idea de que la masa se ha "convertido" a la energía. Esto puede ser particularmente el caso cuando la energía (y masa) se retira del sistema está asociada con la energía de enlace del sistema. En tales casos, la energía de enlace es observado como un "defecto de masa" o déficit en el nuevo sistema. La diferencia entre el resto de masa de un sistema de atado y de la independiente partes es la energía de enlace del sistema, si esta energía se ha eliminado después de la unión. Por ejemplo, una molécula de agua pesa un poco menos de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mass%E2%80%93energy_equivalence

Hay básicamente dos tipos de reacciones que son muy interesantes, en este caso para entender cómo funciona el proceso:

1. la fisión

La masa del núcleo atómico nos inferior a la suma de las masas de los libres, los mandantes, los protones y los neutrones, esta falta de energía es el defecto de masa.

Es muy importante entender que los constituyentes durante la fisión permanecer, es sólo la masa que cambia debido a que usted necesita para agregar energía a la envolvente del sistema para que sea independiente de nuevo (separar los componentes).

El significado de la masa de energía de equivalencia es en este caso que la masa de la envolvente del sistema es construido por los mandantes, y la energía de enlace modifica de esta.

Como vas a bajar QM, a nivel de los quarks dentro de los protones y neutrones, es más fácil ver que el 99% de la masa del protón o neutrón es, básicamente, las energías de enlace de los quarks y los gluones, y sólo el 1% es la masa de los quarks. Aquí es donde la masa de energía de equivalencia se vuelve tan importante para entender. Este es QM.

2. electrónica de aniquilación de positrones

Este proceso ocurre cuando un electrón y un positrón chocan y a bajas energías, el electrón y el protón dejará de existir (en su forma original), y la verdadera naturaleza del subyacente QM mundo se revela, el total de las energías de los electrones positrones par se convierte en fotones. Por lo tanto, lo que usted exactamente preguntar acerca de lo que sucede a la materia (electrones positrones) en el proceso es que se transforme en otro tipo de forma de energía, la muy quanta de energía, fotones.

Aquí es donde la verdadera naturaleza de QM es revelado, y contrariamente a la creencia popular, la masa de energía de equivalencia está bellamente representada en este proceso también.

La más probable es la creación de dos o más fotones. La conservación de energía y momento lineal prohibir la creación de sólo un fotón. (Una excepción a esta regla puede ocurrir para bien atados los electrones atómicos.[1]) En el caso más común, dos fotones son creados, cada uno con energía igual a la energía de reposo del electrón o positrón (0.511 MeV).[2]

https://en.wikipedia.org/wiki/Electron%E2%80%93positron_annihilation