Gran parte della massa è solo energia di legame, quindi in una reazione chimica gli elettroni si riorganizzano e l'energia viene rilasciata e la massa totale delle molecole diminuisce (in una reazione esotermica, per esempio).

Lo stesso vale per reazioni nucleari comuni come la fissione spontanea dell'uranio, con l'avvertenza che alcune importanti reazioni nucleari implicano il cambiamento di particelle fondamentali, ad esempio il decadimento beta:

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

Qui la massa dell'RHS è inferiore a quella dell'LHS, quindi l'elettrone e l'antineutrino sono energetici (nel frame di riposo del neutrone). L'energia proviene dalla differenza tra le masse protoniche dei neutroni (936,6 MeV) e (938,3 MeV), che è di circa 1,3 MeV.

Quel 1.3 MeV non è energia vincolante, piuttosto è la differenza di massa del quark proveniente da:

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

dove la massa del quark su (giù) è $ 2,3 \ pm 0,7 \ pm 0,5 $ MeV ( $ 4,8 \ pm 0,5 \ pm 0,3 $ MeV). Notare che la maggior parte della massa del nucleone è ancora una volta legante energia.

Allora cosa succede alla massa quando il down decade in un up? Niente. La massa non è roba, la massa è un accoppiamento quadratico al bosone di Higgs che lascia l'energia finita a momento zero:

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

o in altri termini onde di particelle libere (dividere per $ \ hbar $ ):

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

è solo una frequenza finita finita con numero d'onda zero.

Come funziona che la materia non sia roba ed è solo un quanti nel campo quantistico? Mentre siamo generalmente a nostro agio con il fotone come un quanti nel campo elettromagnetico che può apparire e scomparire a volontà (a condizione che almeno l'energia e la quantità di moto siano conservate), questo perché vediamo il campo EM come un oggetto fondamentale. Inoltre, il fotone è la propria antiparticella ed è neutro, quindi la conservazione della carica e di altri numeri quantici non viene sempre in mente. Sono anche bosoni, quindi non li consideriamo "cose" perché possono trovarsi nello stesso stato quantistico.

Ebbene, anche il campo dei quark è fondamentale, ei suoi quanti sono quark su e giù (e altro), e nel caso del decadimento beta, il $ W $ span > bosone cambia il sapore del quark (e la carica, e altri numeri quantici) in modo tale che a riposo, i quanti iniziali ( $ d $ ) abbiano un accoppiamento più forte con Higgs rispetto a i quanti finali ( $ u $ ), che vediamo come più massa nello stato iniziale e quindi più energia cinetica nello stato finale.

Naturalmente, potresti ancora vedere i quark come "cose" e considerare l'accoppiamento di Higgs come una sorta di energia di legame che porta alla massa. Va bene.

Quindi diamo un'occhiata all'annichilazione elettrone-positrone:

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

Qui, la materia (2 leptoni) scompare e si trasforma in 2 raggi gamma. Lo stato iniziale si comporta davvero come qualcosa: sono fermioni, non possono essere nello stesso stato quantico, hanno massa, hanno carica e così via. Un numero sufficiente di elettroni crea un fulmine: questo è molto reale.

Ma l'elettrone e il positrone sono entrambi quanti nel campo degli elettroni. Questo è tutto. Hanno carica opposta e numero leptonico (numero di elettroni), quindi possono annientarsi senza violare alcuna legge di conservazione. La massa dello stato iniziale è solo energia a momento zero, non è qualcosa di più "reale" o fondamentale del campo di elettroni stesso. L'energia residua è ora disponibile per i raggi gamma da 511 KeV, che sono solo 2 quanti nel campo EM (ed è la carica che accoppia i due campi).

Quindi, in sintesi: tutta la materia è composta da quanti nei campi quantistici, e i campi sono gli oggetti fondamentali. La massa è solo l'accoppiamento di Higgs. Se particella e antiparticella si incontrano, possono annichilarsi, nel qual caso la massa scompare (oppure no, può esserci una particella massiccia nello stato finale).

Poiché cose come il numero barionico e il numero di elettroni sono conservati, le particelle di base che formano (atomi), in assenza di antimateria, appaiono stabili e sembrano "cose". Ma fondamentalmente: non sono né l'uno né l'altro.

Prima di tutto, vorrei sottolineare, perché il termine viene fuori spesso, nell'uso rigoroso non esiste una cosa come "energia pura". L'energia non è una roba , come nelle particelle, ma un numero associato a una cosa, una quantità, sebbene quella quantità possa effettivamente essere pensata come agente, data la sua conservazione proprietà, come una sorta di "roba" immateriale che puoi mettere qua o là o spostare in modi diversi. Naturalmente, suppongo, ci sono alcune discussioni filosofiche che puoi fare lì - dopo tutto, le "particelle" potrebbero essere considerate anche "solo numeri", in un certo senso, se ti attieni a una grossolana comprensione strumentale. Quindi forse dovrei dire "l'energia non è particelle", invece di "non una 'roba'".

Invece di parlare di "materia" trasformandosi in "energia", è più corretto parlare di massa come una forma di energia, quindi non c'è dubbio "conversione": la massa è già un'energia. Quello che succede è che abbiamo la conversione di quell'energia da una forma all'altra e, così facendo, altre cose devono cambiare e questo può significare che le particelle vengono riorganizzate o un tipo di particelle si trasforma in un altro tipo di particelle.

In questo caso, dal momento che parli di "energia pura" e io sono ben in contatto con il modo in cui le persone parlano di cose colloquialmente , presumo che quello a cui stai pensando sia l'annientamento, come tra una particella e la sua antiparticella. Ebbene, quello che succede è il secondo tipo di processo: le vecchie particelle scompaiono e simultaneamente (almeno, con il solito avvertimento che non possiamo guardare i processi quantistici, ma la matematica per ciò che possiamo eseguire del nel mezzo ci dicono che se c'è qualcosa che può essere chiamato "evento di annientamento", "simultaneo" non è troppo male nel trattarlo) appaiono nuove particelle. Se è un elettrone e un positrone, ottieni due fotoni. Se è un protone con antiprotone, ottieni (alla fine) alcuni fotoni e anche neutrini. Questi ultimi hanno effettivamente una certa massa, ma i primi no. Tutti hanno energia, però, e l'energia viene conservata ovunque.

Quello che succede è che in questi casi l'energia residua (o "massa") delle particelle, proporzionale alla loro massa, viene convertita in massa e anche energia cinetica di altre particelle. Nel caso elettrone-positrone, l'energia finale è puramente cinetica, poiché in un certo senso tutta l'energia dei fotoni è energia cinetica, mentre nel caso protone-antiprotone, i neutrini hanno un po 'di energia di massa a riposo, ma la stragrande maggioranza dell'energia è ancora cinetica anche in questo caso.

Einstein, nel suo famoso ma raramente letto articolo " L'inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto energetico?", non ha scritto che materia (o, meglio, massa) può essere convertito in energia . Il modo in cui ha dichiarato il suo risultato è stato: $$ \ Delta E = \ Delta m \ cdot c ^ 2, $$ cioè nel frame di riposo di qualsiasi sistema, le variazioni di massa e le variazioni di energia (del sistema) sono proporzionali. Tale risultato è incondizionatamente valido e quindi è applicabile anche al caso in cui la massa iniziale o finale in $ \ Delta m $ sia zero.

Tuttavia la relazione non dice nulla sul meccanismo o anche se un processo con stato senza massa iniziale o finale è effettivamente possibile. Non è questo il compito di un principio di conservazione come questo.

In realtà, la prima applicazione della relazione di Einstein con la fisica nucleare, fatta da Lise Meitner per stimare l'energia ottenuta in uno dei primi processi di fissione ottenuti in laboratorio, non era correlata ad alcun processo di annichilazione, ma collegava il difetto di massa tra il nucleo iniziale e i frammenti di fissione all'energia cinetica dei frammenti nel telaio del centro di massa. Ancora una volta, la relazione di Einstein non dice nulla su quale processo di fissione sia possibile. Sta solo stabilendo una connessione tra la massa e le variazioni di energia.

Per iniziare con $ m $ in $ E = mc ^ 2 $ è la massa relativistica e nella fisica delle particelle questo è fuori uso e causa confusione. Uno usa quattro vettori, dove la "lunghezza" dei quattro vettori è la massa invariante, identificata in modo univoco con particelle elementari e con sistemi di particelle elementari.

Quattro vettori sono utili per tenere traccia dell'energia, poiché uno dei componenti dei quattro vettori è l'energia.

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

È algebra vettoriale e consente calcoli rigorosi.

Le particelle elementari nella tabella della fisica delle particelle hanno masse fisse viste nella tabella e i loro quattro vettori hanno sempre la lunghezza di quella massa:

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

Cosa succede alla questione durante il processo? Gli atomi / particelle subatomiche svaniscono semplicemente

Tutta la materia è composta da particelle elementari, in sistemi legati dove ci sono un gran numero di quattro vettori da aggiungere per ottenere la massa invariante del sistema composto. Guarda quanto è complicato un protone

Questo è il motivo per cui ha una grande massa di quasi 1000 Mev mentre i quark e gli antiquark costituenti hanno masse di mev e i gluoni a massa zero. I quattro vettori aggiunti danno la massa del protone (in un modo complicato da calcolare)

Esistono regole di conservazione dei numeri quantici a cui la materia composta da particelle elementari deve obbedire.La carica, il numero barionico, il numero leptonico, ecc.Quindi un modo per trasformare la massa in energia è l'annichilazione, le particelle colpiscono l'antiparticella, i numeri quantici si sommano fino a zero (per definizione di antiparticelle) e quindi possono apparire altre coppie di particelle e radiazioni, portando via l'energia cinetica.L'antiprotone protonico che annichilisce anche se ha un piccolo momento, crea un gran numero di pioni, ovviamente in seguito alla conservazione del numero quantico.

In fisica nucleare a causa della curva di energia vincolante della tavola periodica degli elementi,

È possibile ottenere energia per fissione o per fusione di elementi particolari, che ha portato alla bomba atomica e alla bomba all'idrogeno.I quattro vettori che rappresentano un nucleo possono suddividersi in quattro vettori di altri nuclei e rilasciare energia sotto forma di radiazione o energia cinetica dei nuovi nuclei.

Fondamentalmente stai chiedendo informazioni sull'equivalenza dell'energia di massa e sulle reazioni nucleari. E vorresti sapere cosa succede alla massa (presumo a riposo) e alla materia nel processo.

La formula massa-energia serve anche a convertire unità di massa in unità di energia (e viceversa), indipendentemente dal sistema di unità di misura utilizzato. Tuttavia, l'uso di questa formula in tali circostanze ha portato alla falsa idea che la massa sia stata "convertita" in energia. Ciò può essere particolarmente vero quando l'energia (e la massa) rimossa dal sistema è associata all'energia di legame del sistema. In questi casi, l'energia di legame viene osservata come un "difetto di massa" o deficit nel nuovo sistema. La differenza tra la massa a riposo di un sistema legato e delle parti non legate è l'energia di legame del sistema, se questa energia è stata rimossa dopo il legame. Ad esempio, una molecola d'acqua pesa poco meno di due atomi di idrogeno liberi e un atomo di ossigeno.

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

Esistono fondamentalmente due tipi di reazioni che sono molto interessanti in questo caso per capire come funziona il processo:

1. fissione

La massa del nucleo atomico è inferiore alla somma delle masse dei costituenti liberi, protoni e neutroni, questa energia mancante è il difetto di massa.

È molto importante capire che i costituenti durante la fissione rimangono, è solo la massa che cambia perché è necessario aggiungere energia al sistema legato per renderlo nuovamente libero (separare i costituenti).

Il significato stesso dell'equivalenza dell'energia di massa è in questo caso che la massa del sistema legato è costituita dai costituenti e l'energia di legame la modifica.

Andando a un livello QM più basso, a livello dei quark all'interno del protone e del neutrone, è più facile vedere che il 99% della massa del protone o del neutrone è fondamentalmente le energie di legame di quark e gluoni, e solo l'1% è la massa dei quark. È qui che l'equivalenza dell'energia di massa diventa così importante da capire. Questo è QM.

2. annichilazione elettrone positrone

Questo processo si verifica quando un elettrone e un positrone entrano in collisione ea basse energie, l'elettrone e il protone cessano di esistere (nella loro forma originale) e viene rivelata la vera natura del mondo QM sottostante, le energie totali del la coppia di elettroni positroni viene convertita in fotoni. Quindi, quello che chiedi esattamente su cosa succede alla materia (elettrone positrone) nel processo è che si trasformano in un diverso tipo di forma di energia, i quanti stessi di energia, fotone.

È qui che si rivela la vera natura della MQ e, contrariamente alla credenza popolare, anche l'equivalenza dell'energia di massa è magnificamente rappresentata da questo processo.

La più probabile è la creazione di due o più fotoni. La conservazione dell'energia e della quantità di moto lineare impedisce la creazione di un solo fotone. (Un'eccezione a questa regola può verificarsi per elettroni atomici strettamente legati. [1]) Nel caso più comune, vengono creati due fotoni, ciascuno con energia uguale all'energia a riposo dell'elettrone o del positrone (0,511 MeV). [2]

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

Per non togliere altre risposte più dettagliate, penso che ci sia qualcosa che potrebbe essere più pertinente.

La materia non viene convertita in energia. La massa viene convertita in energia.

Questo può essere osservato, ad esempio, nella fusione nucleare di idrogeno, che ha come risultato un nucleo di elio.Con due protoni (di, diciamo, massa = 1) ti aspetteresti che il nucleo risultante abbia massa = 2.

Ma non è così.La massa risultante è inferiore a 2. Questa differenza di massa è l'energia che è stata rilasciata durante il processo.

Per inciso, puoi ricavare energia dalla fusione fino a formare un nucleo di ferro.Qualunque cosa più pesante di quella assorbirà effettivamente energia (che viene poi trasformata in massa, seguendo lo stesso principio).La conseguenza è che puoi ottenere energia dalla fissione di quegli elementi più pesanti (che è il modo in cui funzionano le attuali centrali nucleari).