Sidosenergia

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Perusteissa mennään edelleen.

Sidosenergia on sikäli selkeä käsite: jos purat ytimen, tarvitaan sidosenergian verran energiaa. No jos taaskin vapaat rakenneosat yhdistyvät, vapautuu kyseinen energia määrä.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Sidosenergia

Tässä saattaa ajatus harhautua siten, että massakatoa vastaava energia jäisi ytimeen energiaksi, joka sieltä voidaan vapauttaa mutta näinhän ei pidä ajatella. Eihän?

Ydinreaktioissa energiaa vapautuu, kun sidosenergia entisestään kasvaa eli tuotteissa sidosenergian on oltava suurempi, jotta energiaa vapautuu. Eikö? Toisin sanottuna tuotteiden massan on oltava pienempi kuin lähtöaineiden ja tämä massakato vapautuu energiana.

Mutta miten kvarkkien kohdalla. Kun kolme kvarkkia sitoutuu (uud) protoniksi, niin miksi rakenneosien massa onkin nyt pienempi kuin syntyneen tuotteen massa? Pitääkö ajatella kokonaan toisin päin tuo sidosenergia? Mitä?

Kvarkkien massa ehkä 8 MeV protonin massasta luokkaa 950 MeV eli joku energia muuttuu massaksi siinä?

Meninkö vaan lankaan? Liittyy taas näihin hiukkasiin...

Sivut

Kommentit (49)

Vierailija

Kun yhtään vastausta ei ole tullut, niin mietin kysymykseni järkevyyttä - onko asia triviaali mutta aivoni ovat vain solmussa. Pohdin asiaa ja edelleenkään en ymmärrä. Nukleonit yhdistyy => massakato. Kvarkit yhdistyy => massa lisääntyy?

Luulin tilanteiden olevan analogiset mutta ei... Jos joku tietää, niin suokaa rauha ajatuksilleni

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26848
Liittynyt16.3.2005

Odotelin, että nuo kvanttiväridynamiikkaan perehtyneemmät vastaavat. Omat tietoni ovat heiltä, kun joskus itse ihmettelin aivan samaa asiaa. Protonissa on kuulemma kolmen kvarkin lisäksi jumalaton määrä gluoneja ja vastaavia lyhyen hetken eläviä hiukkasia, jotka vaikuttavat merkittävällä tavalla sen massaan. Tuon ihmeelliseltä vaikuttavan ilmiön tarkemmasta mekanismista en tiedä mitään.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005

Eiköhän selitys löydy siitä, että kvarkkeja toisiinsa sitova vahva vuorovaikutus on luonteeltaan hyvin erilainen kuin ydinreaktiossa tytärytimien välillä vaikuttavat voimat (eli lähinnä sähköinen hylkimisvoima). Kun tytärytimet loittonevat toisistaan, niiden vuorovaikutus lähestyy nollaa, eli systeemillä ei enää ole sidosenergiaa. Sen sijaan kun kvarkit erkaantuvat toisistaan, niiden vuorovaikutus sen kun vain kasvaa.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija

miten valmistamme protoneja hiukkaskiihdyttimessä?

siten että törmäytämme kvarkkeja riittävällä energialla

Vierailija
Neutroni
Odotelin, että nuo kvanttiväridynamiikkaan perehtyneemmät vastaavat. Omat tietoni ovat heiltä, kun joskus itse ihmettelin aivan samaa asiaa. Protonissa on kuulemma kolmen kvarkin lisäksi jumalaton määrä gluoneja ja vastaavia lyhyen hetken eläviä hiukkasia, jotka vaikuttavat merkittävällä tavalla sen massaan. Tuon ihmeelliseltä vaikuttavan ilmiön tarkemmasta mekanismista en tiedä mitään.

Ok. Siis johtuisi vuorovaikutuksen luonteesta? Vuorovaikutuksen välittää gluonit, niillä on massa ja niitä on paljon ytimessä.

Edelleen kaipaan lisää selitystä, koska ytimessäkin koossa pitävänä voimana on vahvavuorovaikutus ja sielläkin on gluoneita "mukana". Kuitenkin protoneita/neutroneita yhdistettäessä massaa häviää, kun osat yhdistetään toisessa massa kasvaa. Tietenkin vaikkapa protonien kesken vahvan vuorovaikutuksen osuus on toista luokkaa kuin kvarkkien välillä, koska protonien välillä on ns. residuaalinen vuorovaikutus.

Vahva vuorovaikutushan oli monta kertaluokkaa sähkömagneettista vahvempi. Silläkin ehkä tekemistä? Voinee liittyä tähän gluoni määrään?

Vierailija
jartsa
miten valmistamme protoneja hiukkaskiihdyttimessä?

siten että törmäytämme kvarkkeja riittävällä energialla

Niin, eli energiaa tarvitaan kun kvarkit yhdistellään. Ytimet taaskin saattavat sopivissa olosuhteissa yhdistyä ja vapauttaa samalla energiaa.

Eikö hiukkaskiihdyttimessä toisaalta myös törmäytetä protoneita ja jne hajoaa pienemmiksi hiukkasiksi? Eli siihenkin tarvitaan tietty energiaa kun "pysyvä" protoni hajotetaan. Ja ytimen hajoittamiseen myös tarvitaan energiaa.

Vierailija
hmk
Eiköhän selitys löydy siitä, että kvarkkeja toisiinsa sitova vahva vuorovaikutus on luonteeltaan hyvin erilainen kuin ydinreaktiossa tytärytimien välillä vaikuttavat voimat (eli lähinnä sähköinen hylkimisvoima). Kun tytärytimet loittonevat toisistaan, niiden vuorovaikutus lähestyy nollaa, eli systeemillä ei enää ole sidosenergiaa. Sen sijaan kun kvarkit erkaantuvat toisistaan, niiden vuorovaikutus sen kun vain kasvaa.

Anteeksi huono keskustelukäyttäytyminen, olisi pitänyt lainata kaikkien kolmen kirjoitukset yhteen viestiin mutta menköön nyt näin.

Eli vuorovaikutuksen luonne selittää asiaa jotenkin.

Tuo on hyvä pointti, että kvarkkien ollessa erkaallaan niiden vuorovaikutus suuri = suuri potentiaalienergia ja yhdessä pieni = potentiaalienergia pieni => erotus näkyy massana?

Voineeko ajatella noin. Entäpä nukleoneille. Miten niille potentiaalienergia? Yhdessäkö paljon ja erikseen vähän. Ei oikein nyt istu tämä ajatus. Mikä mättää?

Vieläkö sitä joku voisi rautalangasta...

Vierailija
ocu
Mutta miten kvarkkien kohdalla. Kun kolme kvarkkia sitoutuu (uud) protoniksi, niin miksi rakenneosien massa onkin nyt pienempi kuin syntyneen tuotteen massa?

Jos tosiaan pystyt kvarkkeja punnitsemaan ja vertaamaan niitä protonin massaan, niin hyvät sulle!

No protonin massa enimmälti kyllä piilee kvarkkien sidosenergioissa, jotka siis ovat valtavia.

EDIT: ja sitten tietenkin se, että mitä kvarkit edes ovat? Silkkaa enegeriaahan ne! Uusia kvarkkeja pullahtaa kun muita kvarkkeja yritetään erottaa toisistaan.

hmk
Seuraa 
Viestejä867
Liittynyt31.3.2005
ocu

Anteeksi huono keskustelukäyttäytyminen, olisi pitänyt lainata kaikkien kolmen kirjoitukset yhteen viestiin mutta menköön nyt näin.

Eli vuorovaikutuksen luonne selittää asiaa jotenkin.

Tuo on hyvä pointti, että kvarkkien ollessa erkaallaan niiden vuorovaikutus suuri = suuri potentiaalienergia ja yhdessä pieni = potentiaalienergia pieni => erotus näkyy massana?

Voineeko ajatella noin. Entäpä nukleoneille. Miten niille potentiaalienergia? Yhdessäkö paljon ja erikseen vähän. Ei oikein nyt istu tämä ajatus. Mikä mättää?

Vieläkö sitä joku voisi rautalangasta...

Joo, kun nukleonit ovat kaukana erillään, niiden muodostaman systeemin potentiaalienergia on nolla. Silloin potentiaalienergia ei vaikuta massaan ( dm = E/c^2 = 0/c^2 = 0 ). Kun nukleonit sitoutuvat ytimeksi, niiden "potentiaalienergia" (tarkemmin pot+kin) on negatiivinen, jolloin ytimen massa on ko. määrällä pienempi kuin erillisten nukleonien massojen summa. Kun ydin hajoaa kahdeksi muuksi ytimeksi, niin äiti voi olla raskaampi tai kevyempi kuin tyttäret yhteensä, riippuen siitä, ovatko tyttäret voimakkaammin vai heikommin sitoutuneita kuin äiti.

Sen sijaan kvarkkien välinen vuorovaikutus ei häviä niiden etäisyyden kasvaessa, joten niitä ei voi eristää. Niillä on siis aina jonkinmoinen vuorovaikutus- / "potentiaalienergia" vaikuttamassa systeemin massaan. Yksittäisen kvarkin massa on teoreettinen käsite, eikä sitä voi suoraan mitata.

En ole kovinkaan hyvin tutustunut kvanttikenttäteorioihin, joten joku voi kommentoida, jos tässä oli jotain pahasti pielessä.

In so far as quantum mechanics is correct, chemical questions are problems in applied mathematics. -- H. Eyring

Vierailija
half-life
ocu
Mutta miten kvarkkien kohdalla. Kun kolme kvarkkia sitoutuu (uud) protoniksi, niin miksi rakenneosien massa onkin nyt pienempi kuin syntyneen tuotteen massa?



Jos tosiaan pystyt kvarkkeja punnitsemaan ja vertaamaan niitä protonin massaan, niin hyvät sulle!

No protonin massa enimmälti kyllä piilee kvarkkien sidosenergioissa, jotka siis ovat valtavia.

EDIT: ja sitten tietenkin se, että mitä kvarkit edes ovat? Silkkaa enegeriaahan ne! Uusia kvarkkeja pullahtaa kun muita kvarkkeja yritetään erottaa toisistaan.




Niin, en tietenkään niitä väitäkään punnitsevani mutta esimerkiksi netissä olevissa taulukoissa niille ilmoitetaan "massa". Tosin samalla mainitaan, että massa on aika vaikea määritellä, on annettu joku väli tai ...

Mutta joku massahan niillä on tai energia, joka ilmenee massana, kun ne muodostavat protonin. Vapaita kvarkkejahan ei tosiaan ole.

Sidosenergiassa sen massan täytyy piillä, siitä olen ollut varsin vakuuttunut jo alusta alkaen:)

hmk

Joo, kun nukleonit ovat kaukana erillään, niiden muodostaman systeemin potentiaalienergia on nolla. Silloin potentiaalienergia ei vaikuta massaan ( dm = E/c^2 = 0/c^2 = 0 ). Kun nukleonit sitoutuvat ytimeksi, niiden "potentiaalienergia" (tarkemmin pot+kin) on negatiivinen, jolloin ytimen massa on ko. määrällä pienempi kuin erillisten nukleonien massojen summa. Kun ydin hajoaa kahdeksi muuksi ytimeksi, niin äiti voi olla raskaampi tai kevyempi kuin tyttäret yhteensä, riippuen siitä, ovatko tyttäret voimakkaammin vai heikommin sitoutuneita kuin äiti.

Sen sijaan kvarkkien välinen vuorovaikutus ei häviä niiden etäisyyden kasvaessa, joten niitä ei voi eristää. Niillä on siis aina jonkinmoinen vuorovaikutus- / "potentiaalienergia" vaikuttamassa systeemin massaan. Yksittäisen kvarkin massa on teoreettinen käsite, eikä sitä voi suoraan mitata.

En ole kovinkaan hyvin tutustunut kvanttikenttäteorioihin, joten joku voi kommentoida, jos tässä oli jotain pahasti pielessä.

Jos tämä pitää kutinsa, niin ok. Homma menee tosiaan vähän kuin ylösalaisin.

Potentiaalienergia taitaa tässä yhteydessä olla myös hieman vaarallinen termi, kun sen yhdistää helposti mekaaniseen potentiaalienergiaan. Itsepä vedin sen mukaan ja potentiaalienergiallehan on mukava, kun sen nollakohdan voi määritellä. Eikö mekaniikassakin voi sopia, että kappaleen potentiaalienergia on nolla maan pinnalla tai sitten vaikka äärettömän kaukana maasta? Sama tilanne saattaa vaikuttaa näin hyvin erilaiselta. Tässäkin taitaa tämäkin hieman kaihertaa. Katsellaampa.

Vierailija
ocu

Voineeko ajatella noin. Entäpä nukleoneille. Miten niille potentiaalienergia? Yhdessäkö paljon ja erikseen vähän. Ei oikein nyt istu tämä ajatus. Mikä mättää?

Vieläkö sitä joku voisi rautalangasta...

protoneille pätee:
yhdessä sähköpotentiaalienergiaa paljon,
ydinpotentiaalienergiaa vahän

isolle kasalle protoneja pätee:
yhden protonin lisääminen kasvattaa kasan sähkökenttää
vaan ei ydinkenttää

siis protonikasoille pätee:
isot kasat hajoavat energisesti
pienet kasat muodostuvat energisesti

eli niinku fuusio ja fissio

Vierailija

on olemassa huonosti tunnettu säilymislaki, joka tekee
massakatojutuista triviaaleja: massan säilymislaki

ihan oikeesti, on se olemassa (energian säilymislaista voi johtaa)

harjoitustehtävä:
uraani atomi halkeaa tyhjässä avaruudessa tasan kahteen
osaan, minkälainen massakato tapahtuu tässa tapauksessa?

Vierailija
ocu
Neutroni
Odotelin, että nuo kvanttiväridynamiikkaan perehtyneemmät vastaavat. Omat tietoni ovat heiltä, kun joskus itse ihmettelin aivan samaa asiaa. Protonissa on kuulemma kolmen kvarkin lisäksi jumalaton määrä gluoneja ja vastaavia lyhyen hetken eläviä hiukkasia, jotka vaikuttavat merkittävällä tavalla sen massaan. Tuon ihmeelliseltä vaikuttavan ilmiön tarkemmasta mekanismista en tiedä mitään.



Ok. Siis johtuisi vuorovaikutuksen luonteesta? Vuorovaikutuksen välittää gluonit, niillä on massa ja niitä on paljon ytimessä.

Edelleen kaipaan lisää selitystä, koska ytimessäkin koossa pitävänä voimana on vahvavuorovaikutus ja sielläkin on gluoneita "mukana". Kuitenkin protoneita/neutroneita yhdistettäessä massaa häviää, kun osat yhdistetään toisessa massa kasvaa. Tietenkin vaikkapa protonien kesken vahvan vuorovaikutuksen osuus on toista luokkaa kuin kvarkkien välillä, koska protonien välillä on ns. residuaalinen vuorovaikutus.

Vahva vuorovaikutushan oli monta kertaluokkaa sähkömagneettista vahvempi. Silläkin ehkä tekemistä? Voinee liittyä tähän gluoni määrään?


Ajattelin itsekin kutakuinkin samaan tapaan kuin Neutroni, mutta käsittääkseni gluonin massa on nolla!?! Silloinhan suurikaan gluonimäärä ei nosta baryonin (nyt protoni) massaa. Jos kvarkit ovat toisistaan kauempana, niin vuorovaikutus kasvaa, siis gluonimäärä kasvaa, mutta ei silläkään pitäisi olla vaikutusta asiaan em. syistä. Sen sijaan kun u-kvarkin varaus on +2/3e ja d-kvarkin -1/3e, niin kvarkkien keskimääräinen potentiaalienergia kasvaa, mitä lähempänä kvarkit ovat toisiaan. Ja protonin tapauksessahan ne ovat hyvin lähellä, koska protonin halkaisija on n. 2,6∙10^(-15) m. Käsittääkseni tämä potentiaalienergia on sitten massana. Menikö oikein?

PS: m(p) = 938 MeV/c², m(u) = 3 MeV/c² ja m(d) = 6 MeV/c², siis m(u+u+d)= 12 MeV/c²

Vierailija
jartsa

harjoitustehtävä:
uraani atomi halkeaa tyhjässä avaruudessa tasan kahteen
osaan, minkälainen massakato tapahtuu tässa tapauksessa?

ratkaisu:
koska ei ole muuta kuin kaksi atomin osaa niin
massakadon massa löytyy sitten niistä

varsinainen massan katoaminen tapahtuu sitten kun
palaset jarruuntuvat

tästäpä tuli mieleen että kvarkin energia voisi olla:

liike-energiaa 1/3 ajasta

sähkökentän energiaa 1/3 ajasta kun kvarkki kimpoaa sähkökentästä

vahvavoimakentän energiaa 1/3 ajasta kun kvarkki kimpoaa vahvavoimakentästä

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat