Defecto de masa: ¿de dónde se pierde la masa?

Como estudiante de escuela, me he preguntado mientras estudiaba el defecto de masa el siguiente problema misterioso

mi suposición

  1. Al igual que la masa de un automóvil está constituida por cada parte de él (es decir, la masa total del automóvil será igual a la masa de la carrocería + el motor, etc.), supongo que la masa del núcleo es la suma total de la masa de las partículas el contiene el núcleo, es decirmass of nucleus =mass of protons +mass of neutrons

  2. Supongo que todos los protones, los neutrones son exactamente iguales, tienen (cada tipo) exactamente la misma masa

  3. Supongo que la carga del protón se distribuye uniformemente.

Detalles

Una cita de Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Binding_energy

Se observa experimentalmente que la masa del núcleo es menor que el número de nucleones contados cada uno con una masa de 1 uma. Esta diferencia se llama exceso de masa.

El misterioso problema que encuentro

No hay cambio en el número de neutrones o protones en el núcleo del átomo. Y mi idea era que la masa del núcleo es la masa total de protones y neutrones, si la masa del núcleo cambia, lo que puedo pensar sobre las posibilidades son

  1. Debe cambiar el número de neutrones o el número de protones
  2. Para ajustarse a la segunda suposición, una parte de la masa de cada neutrón y cada protón irá (probablemente como energía) para que todos los protones sean iguales y todos los neutrones también sean iguales.

La primera explicación posible es obviamente incorrecta ya que no vemos ningún cambio en el número.

La segunda explicación posible es simplemente 'como una razón por dar una razón' lógicamente difícil de convencerme a mí mismo. Si eso fuera cierto, debería haber muchos tipos de protones y diferentes tipos de neutrones (ambos clasificados según su masa), lo que nuevamente no es intuitivo.

La pregunta

  • ¿Cuál es la posible explicación a la pregunta de dónde se está perdiendo la masa?
  • O una de mis suposiciones es incorrecta (¿pero no es mi suposición simplemente lógica?) O debería haber alguna otra razón por la que la masa puede variar (tal vez deberíamos definir mejor cuál es la masa del núcleo). En ese caso, otra pregunta, si mi suposición 1 es falsa ¿Qué constituye la masa de un núcleo?
  • ¿No hay algo así como un protón estándar o un neutrón estándar (por estándar me refiero a una carga fija de masa fija, etc.)
  • Según mi tercera suposición, si el protón pierde algo de masa, ¿no debería perder algo de su carga? Y supongamos que olvidamos E=mc^2, ¿no podemos decir que la diferencia en la energía potencial de electrón-protón (ya que cambia cuando cambia la carga) es una explicación de cómo el núcleo obtiene energía de enlace?
¿Tengo razón al reformular su pregunta de esta manera: si los nucleones pierden masa cuando se unen (sí, lo hacen), entonces, ¿por qué eso no significa que hay muchos tipos diferentes de protones y neutrones, clasificados por su masa ?

Respuestas (3)

Un nucleón en un contexto nuclear simplemente no es lo mismo que uno en un contexto libre. Ni en masa ni en factor de forma. Estas correcciones no se conocen con todo detalle pero existen parametrizaciones de las mismas que se utilizan en experimentos de física nuclear y de partículas. En mi proyecto de disertación usamos una parametrización debido a de Forest , que es un modelo popular pero ahora algo anticuado.

¡Interesante!. Entonces, ¿cuál es la posible razón de donde el núcleo obtiene energía de enlace?.
Los dos efectos, la naturaleza cambiada del nucleón y la unión del núcleo, son ambas facetas de la misma física, que es principalmente la de la fuerza nuclear fuerte residual.

Eso es porque la masa de un objeto es la misma que la energía que posee el objeto en reposo. De acuerdo a mi = metro C 2 por ejemplo, un resorte comprimido tiene más masa que uno sin comprimir, una batería cargada tiene más masa que una batería descargada, etc. La masa y la energía (en reposo) no solo son equivalentes, son lo mismo. La energía dobla el espacio-tiempo, lo que provoca la gravedad. Entonces cada concentración de energía (por ejemplo, materia) poseerá gravedad. De hecho, más del 98% de la masa de un átomo proviene de la energía de enlace de los quarks que forman los protones y neutrones. Un ejemplo más simple: si toma dos imanes y los une, la combinación de los dos tendrá una masa menor que la suma de los dos. Hay un defecto de masa, como cuando se pegan protones y neutrones. Sin embargo, en el caso de los imanes, ese defecto de masa es muy pequeño. Difícil de medir. Pero puedes calcularlo. Es la energía liberada cuando los imanes se juntan divididos por C 2

¡Interesante!. Pero no la respuesta a la pregunta original. Si se pierde la masa, debería haber algún cambio en los neutrones del protón, etc. Pero, ¿qué tipo de cambios le están sucediendo a los protones? ¿No existe un protón o un neutrón estándar?
"Si tomas dos imanes y los unes, la combinación de los dos tendrá una masa menor que la suma de los dos". No puedo creer esto. ¿Y a qué te refieres con la energía liberada por los imanes?. ¿No puede ser de otra naturaleza?.
Los protones y los neutrones no cambian. Lo que cambia son sus campos. Los protones tienen un campo eléctrico y tanto los neutrones como los protones también tienen un campo debido a la fuerza nuclear. Los campos tienen energía y por lo tanto masa. Si reduce el contenido de energía en esos campos, reduce la masa. Las partículas no tienen que cambiar para hacer eso. Lo mismo sucede con los imanes. La energía total contenida en el campo magnético se reduce, por lo que su masa se reduce.
SpiderPig, los nucleones cambian . Lo importante aquí es que los nucleones no son partículas fundamentales: son compuestos. Podemos medir el factor de forma de protones individuales en un contexto nuclear y es diferente del factor de forma de un protón libre. Ahora bien, ese es un efecto que puede definirse razonablemente como cambios en el campo fuerte residual, pero también es apropiado entenderlo en términos de cambios en las partículas mismas.

Bueno, los protones y los neutrones solo pierden una pequeña cantidad de energía porque ese es el estado de menor energía. Pierden su energía y la liberan como radiación gamma. Parte de la masa de protones y neutrones se convierte en energía. Bueno, un protón o neutrón estándar sería uno que no está en un núcleo y está lejos de cualquier objeto. Además, el protón o el neutrón tiene que ser estacionario (en la vida real es imposible que el protón o el neutrón estén estacionarios debido al principio de incertidumbre de Heisenberg), ese es el protón o neutrón ideal. El protón o neutrón aquí como una masa aproximada de 938 MEV. El protón no pierde su carga porque a diferencia de la física clásica la carga es una propiedad fundamental de estas partículas. Es independiente de su masa.

Defecto de masa: ¿de dónde se pierde la masa?
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