Massendefekt – Woher geht Masse verloren?

Als Schüler habe ich mich beim Studium von Massendefekten über folgendes mysteriöses Problem gewundert

Meine Vermutung

  1. So wie die Masse eines Autos aus jedem Teil davon besteht (dh die Gesamtmasse des Autos ist gleich der Masse von Karosserie + Motor usw.), gehe ich davon aus, dass die Masse des Kerns die Summe der Masse der Teilchen ist Kern enthält, dhmass of nucleus =mass of protons +mass of neutrons

  2. Ich gehe davon aus, dass alle Protonen und Neutronen genau gleich sind, sie haben (jede Art) genau dieselbe Masse

  3. Ich gehe davon aus, dass die Ladung des Protons gleichmäßig verteilt ist.

Einzelheiten

Ein Zitat aus Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Binding_energy

Experimentell wird beobachtet, dass die Masse des Kerns kleiner ist als die Anzahl der gezählten Nukleonen mit einer Masse von jeweils 1 amu. Diese Differenz wird Massenüberschuss genannt.

Das mysteriöse Problem, auf das ich stoße

Die Anzahl der Neutronen oder Protonen im Atomkern ändert sich nicht. Und meine Idee war, dass die Masse des Kerns die Gesamtmasse von Protonen und Neutronen ist, wenn sich die Masse des Kerns ändern soll, was ich mir über die Möglichkeiten vorstellen kann

  1. Entweder die Anzahl der Neutronen oder die Anzahl der Protonen sollte sich ändern
  2. Um die zweite Annahme zu erfüllen, wird ein Teil der Masse jedes Neutrons und jedes Protons (wahrscheinlich als Energie) so gehen, dass alle Protonen gleich sind und auch alle Neutronen gleich sind.

Die 1. mögliche Erklärung ist offensichtlich falsch, da wir keine Änderung in der Zahl sehen.

Die 2. mögliche Erklärung ist nur 'wie ein Grund um der Begründung willen' logisch schwer zu überzeugen. Wenn das wahr wäre, hätte es viele Arten von Protonen und verschiedene Arten von Neutronen geben müssen (beide nach ihrer Masse klassifiziert), was wiederum nicht intuitiv ist.

Die Frage

  • Was ist die mögliche Erklärung für die Frage , wo die Masse verloren geht?
  • Entweder ist eine meiner Annahmen falsch (aber ist meine Annahme nicht nur logisch?) Oder es sollte einen anderen Grund geben, wie die Masse variieren kann (vielleicht sollten wir besser definieren, was die Masse des Kerns ist). In diesem Fall eine andere Frage: Wenn meine Annahme 1 falsch ist, was macht die Masse eines Kerns aus?
  • Gibt es nicht so etwas wie ein Standardproton oder ein Standardneutron (mit Standard meine ich eine feste Masse mit fester Ladung usw.)
  • Nach meiner dritten Annahme, wenn das Proton etwas Masse verliert, sollte es nicht etwas von seiner Ladung verlieren. Und nehmen wir an, wir vergessen, E=mc^2können wir nicht sagen, dass der Unterschied in der potentiellen Energie von Elektron-Proton (wie sie sich ändert, wenn sich die Ladung ändert) eine Erklärung dafür ist, wie der Kern Bindungsenergie erhält?
Habe ich Recht, wenn ich Ihre Frage so umformuliere: Wenn Nukleonen Masse verlieren, wenn sie sich aneinander binden (ja, das tun sie) , warum bedeutet das dann nicht, dass es viele verschiedene Arten von Protonen und Neutronen gibt, die nach ihrer Masse klassifiziert sind ?

Antworten (3)

Ein Nukleon im nuklearen Kontext ist einfach nicht dasselbe wie eines in einem freien Kontext. Weder in der Masse noch im Formfaktor. Diese Korrekturen sind nicht im Detail bekannt, aber es gibt Parametrisierungen davon, die in kern- und teilchenphysikalischen Experimenten verwendet werden. In meinem Dissertationsprojekt haben wir eine Parametrisierung nach de Forest verwendet , die ein beliebtes, aber inzwischen etwas veraltetes Modell ist.

Interessant!. Was ist dann der mögliche Grund, woher der Kern Bindungsenergie erhält?
Die beiden Effekte – veränderte Natur des Nukleons und Bindung des Kerns – sind beide Facetten derselben Physik, die hauptsächlich die der verbleibenden starken Kernkraft ist.

Das liegt daran, dass die Masse eines Objekts gleich der Energie ist, die das Objekt im Ruhezustand besitzt. Entsprechend E = M C 2 zB eine komprimierte Feder hat mehr Masse als eine unkomprimierte, eine geladene Batterie hat mehr Masse als eine ungeladene Batterie usw. Masse und (Ruhe-)Energie sind nicht nur gleichwertig, sie sind dasselbe. Energie krümmt die Raumzeit, was die Schwerkraft verursacht. Jede Energiekonzentration (z. B. Materie) besitzt also eine Schwerkraft. Tatsächlich stammen mehr als 98 % der Masse eines Atoms aus der Bindungsenergie der Quarks, aus denen die Protonen und Neutronen bestehen. Ein einfacheres Beispiel: Wenn Sie zwei Magnete nehmen und zusammenkleben, hat die Kombination der beiden eine geringere Masse als die Summe der beiden. Es gibt einen Massendefekt, genau wie beim Zusammenkleben von Protonen und Neutronen. Bei den Magneten ist dieser Massenfehler jedoch sehr gering. Schwer zu messen. Aber man kann es berechnen. Es ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn die Magnete geteilt durch zusammenschnappen C 2

Interessant!. Aber nicht die Antwort auf die ursprüngliche Frage. Wenn die Masse verloren geht, sollte es eine gewisse Veränderung in den Neutronen des Protons usw. geben. Aber welche Art von Veränderungen passieren bei Protonen, gibt es nicht ein Standard-Proton oder -Neutron?
"Wenn Sie zwei Magnete nehmen und sie zusammenkleben, hat die Kombination der beiden eine geringere Masse als die Summe der beiden". Ich kann das nicht einfach glauben. Und was meinen Sie mit der von den Magneten freigesetzten Energie? Kann es nicht anderer Natur sein?
Die Protonen und Neutronen ändern sich nicht. Was sich ändert, sind ihre Felder. Protonen haben ein elektrisches Feld und sowohl Neutronen als auch Protonen haben aufgrund der Kernkraft ebenfalls ein Feld. Felder haben Energie und damit Masse. Wenn Sie den Energiegehalt in diesen Feldern reduzieren, reduzieren Sie die Masse. Die Teilchen müssen sich dazu nicht verändern. Dasselbe passiert mit Magneten. Die im Magnetfeld enthaltene Gesamtenergie wird reduziert, sodass sich seine Masse verringert.
SpiderPig, die Nukleonen ändern sich. Wichtig ist hier, dass Nukleonen keine Elementarteilchen sind: Sie sind zusammengesetzt. Wir können den Formfaktor einzelner Protonen im Kernkontext messen und er unterscheidet sich vom Formfaktor eines freien Protons. Nun, das ist ein Effekt, der vernünftigerweise als Änderungen des starken Restfeldes definiert werden kann, aber es ist auch angebracht, ihn im Sinne von Änderungen in den Teilchen selbst zu verstehen.

Nun, die Protonen und Neutronen verlieren nur eine kleine Menge an Energie, weil das der niedrigere Energiezustand ist. Sie verlieren ihre Energie und setzen diese als Gammastrahlung frei. Ein Teil der Masse der Protonen und Neutronen wird in Energie umgewandelt. Nun, ein normales Proton oder Neutron wäre eines, das sich nicht in einem Kern befindet und weit von jedem Objekt entfernt ist. Außerdem muss das Proton oder Neutron stationär sein (im wirklichen Leben ist es unmöglich, dass das Proton oder Neutron aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation stationär ist) - das ist das ideale Proton oder Neutron. Das Proton oder Neutron hier als grobe Masse von 938 MEV. Das Proton verliert seine Ladung nicht, denn anders als in der klassischen Physik ist die Ladung eine grundlegende Eigenschaft dieser Teilchen. Sie ist unabhängig von ihrer Masse.

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