¿La conversión (masa →→\rightarrow energía pura) necesita tanto materia como antimateria?

Una pregunta en mi guía de revisión:

"Explica por qué la masa de un árbol no se puede convertir directamente en energía".

La respuesta explica que el árbol contiene partículas pero no sus correspondientes antipartículas, por lo que las partículas no pueden aniquilarse para crear energía.

Surge la pregunta: ¿siempre se necesita materia y antimateria para crear energía, o se puede crear energía solo a partir de la materia?

Nota: si va a usar ecuaciones, agradecería mucho una explicación intuitiva junto con ellas porque solo estoy en física AP y aún no entiendo todo el material de "física superior".

No "creas energía" (o "conviertes masa en energía") si aniquilas la materia y la antimateria, conviertes la energía unida en las partículas en otra energía unida en partículas, principalmente fotones de luz. La pregunta debe significar implícitamente por qué no se puede convertir "directamente" la masa de un árbol en fotones (lo cual se debe a las leyes de conservación), pero es una pregunta imprecisa y no muy bien planteada.
@ACuriousMind: "No "creas energía" (o "conviertes masa en energía") si aniquilas materia y antimateria" Pero en el libro dice que la masa se puede convertir en energía y puedes calcular la energía usando mi = metro C 2 . ¿Por qué no se aplica aquí esta ecuación? ¡Gracias!
Para amplificar el comentario de @ACuriousMind, la masa no es algo distinto de la energía, es un tipo de energía al igual que la energía cinética y potencial. Pero esa es una distinción finalmente trazada que los libros introductorios a menudo ignoran o manejan mal. Para los propósitos de la clase, necesita saber cuál es la respuesta esperada.
@dmckee: Gracias, creo que estoy empezando a entenderlo. Entonces mi = metro C 2 es solo decir esto en una ecuación?
La descomposición radiactiva, la fusión nuclear y la fisión nuclear pueden convertir la masa en energía sin antimateria
@ACuriousJim: Entonces, si respondiera la pregunta como se indica, ¿técnicamente podría citar la fusión nuclear y estar en lo correcto? Pero si dijera "energía de masa" no podría hacer eso, ¿verdad? Gracias
El problema es que no puede convertir toda la energía de masa en energía sin masa (como explicó claramente @ACuriousMind). Así que la pregunta mal formulada está abierta a interpretación...

Respuestas (3)

Cuando un elemento radiactivo se desintegra, parte de su masa se convierte en energía, sin necesidad obvia de antimateria en ninguna parte. En cambio, la energía se libera porque la energía de enlace de la suma de los fragmentos puede ser mayor que la del núcleo principal.

Sin embargo, para convertir completamente la materia en energía, necesita la antipartícula. De lo contrario, te encuentras con leyes de conservación que te dicen que el número bariónico no puede cambiar, por ejemplo. De manera similar, si comenzaste con una partícula cargada, no podrías deshacerte de su masa sin deshacerte también de su carga.

Dejaré que los físicos de partículas en este sitio participen y den una respuesta más autorizada ahora...

La energía nunca se crea ni se destruye, y decir "X se convierte en energía" no tiene sentido. No convertimos cosas distintas de la energía en energía, todo lo que hacemos es convertir una forma de energía en otra.

La pregunta mal planteada de su libro probablemente pretende preguntar por qué no podemos convertir la energía de masa que contiene cualquier trozo de materia según mi = metro C 2 en otras formas de energía sin necesidad de antimateria.

La respuesta es que tendríamos que llevar a cabo un proceso al final del cual se produzcan partículas sin masa, de modo que no quede (o al menos menos) energía de masa. Las partículas sin masa significan fotones, básicamente, y para obtener un fotón de un electrón, necesita suministrar un positrón: las leyes de conservación de la carga, el espín, etc. significan que necesita algo que cancele exactamente todas las cantidades conservadas del electrón ( ya que un fotón es neutral con respecto a la mayoría de las leyes de conservación).

Gracias, creo que ahora entiendo. Tengo una pregunta relacionada: ¿Todos los fotones creados al final serían fotones gamma ? (Lo siento si esta es una pregunta mal planteada)
@ user45220 - Fotón "gamma" es un término que a veces se usa para describir un fotón que se creó como resultado directo de una interacción nuclear. En realidad, no se distinguen de ninguna manera de "cualquier otro" fotón. De hecho, cuando hablamos de la aniquilación de un positrón y un electrón, la gente tiende a decir que los fotones de 511 keV resultantes no son rayos gamma, sino simplemente "fotones de aniquilación".
@Floris: ¡Gracias! Respecto a la última parte, ¿seguiría siendo correcto llamarlos rayos gamma?
Si la definición de "rayos gamma" es radiación electromagnética penetrante de un tipo que surge de la desintegración radiactiva de los núcleos atómicos (Google), entonces no, porque la aniquilación no es lo mismo que la desintegración radiactiva de un núcleo. Pero si toma la tercera definición en dictionary.reference.com, "radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas que aproximadamente una décima parte de un nanómetro". la respuesta es sí".

Explique por qué la masa de un árbol no se puede convertir directamente en energía.

Eso es complicado, porque podría resultar que es posible convertir la materia sola en energía. Floris insinuó esto con la desintegración radiactiva, pero potencialmente existen otros métodos, como la fusión de hadrones en un plasma de quarks-gluones (QGP), véase, por ejemplo, este informe . Lo interesante de esto es que el plasma de quarks y gluones es algo así como una sopa de guisantes. Y no hay guisantes en la sopa de guisantes. Consulte Wikipedia donde puede leer que los gluones en los hadrones ordinarios son virtuales. No hay gluones reales en un QGP. Podría decirse que es lo mismo para los quarks. Solo entonces se vuelve squiffy, porque el QGP supuestamente es un superfluido perfecto similar a un BEC , que presenta al bastante enigmático Bosenova .. ¡Maricón! ¡Desaparecido! Esto podría resultar ser un "trampa" que pisotea las leyes de conservación. Otro posible truco consiste en dejar caer su árbol en un agujero negro, donde el cortafuegos de Friedwardt Winterberg significa que se convierte en un estallido de rayos gamma . Esto puede involucrar fotones y/o neutrinos ortogonales, pero no puedo dar ninguna referencia al respecto. Considerándolo todo, sí, hay leyes, pero las leyes se rompen. Donde hay voluntad hay un camino, y el progreso científico reescribe la ley.

¿Siempre necesitas materia y antimateria para crear energía, o se puede crear energía solo a partir de la materia?

Como dijo ACuriousMind, la energía ni se crea ni se destruye. Esa es la ley . No conozco ninguna forma de romper esta ley de conservación de la energía. Es casi la ley más importante que existe. Pero en cuanto a si el Big Bang fue ilegal, simplemente no lo sé.

¿La conversión (masa →→\rightarrow energía pura) necesita tanto materia como antimateria?
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