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0283. Qual è la differenza fra materia e massa?


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Qual è la differenza fra materia e massa? (Andrea Teri) (2166)


sem_esperto_verdeMateria e massa sono due entità distinte. La massa è una proprietà della materia. Più precisamente, è una misura di come, un certo sistema di materia, reagisce quando è sottoposto ad una forza icona_esperto[101]. La massa è infatti la costante di proporzionalità fra la forza a cui un oggetto è soggetto, e la sua accelerazione icona_glossario : F=m a. Nel caso di una particella elementare, per esempio un elettrone , la massa è una costante universale icona_smile , con un valore numerico misurabile, ed identico per qualunque elettrone dell’universo. Il meccanismo grazie al quale l‘elettrone (o le altre particelle elementari) acquistano massa è il soggetto della ricerca attuale in fisica delle particelle. Esiste una teoria ben definita che descrive questo meccanismo, noto come il “fenomeno di Higgs” , ma non esiste una comprensione profonda del perché questo meccanismo esista in natura. In altre parole, capiamo come le particelle acquistino massa, ma non sappiamo perché debbano farlo (in altre parole, perché l’elettrone ha la massa che ha, invece di avere, per esempio, massa nulla come il fotone ?). Nel caso di un sistema complesso, per esempio un atomo composto da un nucleo di protoni e neutroni e da un alone di elettroni in orbita, la massa non obbedisce ad una semplice regola di additività (come la carica elettrica): la massa di varie particelle messe assieme non è uguale alla somma delle singole masse. È necessario infatti aggiungere un contributo noto come l’energia di legame. Questo fatto è la conseguenza della famosa relazione E=mc2 di Albert Einstein icona_biografia, del cui si e' commemorato il centenario nell'anno mirabilis 2005 icona_wy2005. Questa relazione si può invertire, esprimendo la massa di un sistema di materia, m, in termini della sua energia: m=E/c2. Nel caso di un sistema composto di particelle, per esempio l’atomo di cui sopra, le singole particelle sono dotate di energia cinetica icona_glossario , associata al loro moto (per esempio il moto orbitale degli elettroni). In aggiunta, esiste un contributo di energia di legame, cioè l’energia necessaria per mettere assieme il sistema. L’energia di legame è per definizione negativa, perché un sistema di particelle forma uno stato stabile in quanto esiste una forza che attrae le particelle e le lega fra di loro. Portarle assieme, dunque, non costa fatica (energia), ma anzi genera energia. Un buon esempio viene dalla forza di gravità: se lasciamo andare un sasso che teniamo fermo in mano, esso casca verso il suolo, acquistando velocità, dunque energia cinetica. Questa energia cinetica è il frutto dell’energia di legame (legame fra il sasso e la terra) che viene rilasciata quando il sasso si avvicina alla terra. Un sasso fermo per terra, dunque, ha un’energia inferiore a quella di un sasso sollevato da terra. Analogamente, un elettrone vicino ad un nucleo icona_glossario ha un’energia inferiore a quella di un elettrone tenuto a grande distanza dal nucleo. Tipicamente la somma di energia cinetica e di energia di legame è una quantità negativa, e dunque la massa totale di un sistema composto di particelle è inferiore alla somma delle masse dei suoi costituenti. Come dimostrazione, la massa di un atomo di elio , che contiene due protoni due neutroni e due elettroni , è inferiore al doppio della massa di un atomo di deuterio, che contiene un protone, un neutrone, ed un elettrone. In particolare, il processo che porta due nuclei di deuterio a formare un nucleo di elio rilascia una grande quantità di energia. Questa forma di energia viene talvolta chiamata energia di fusione icona_glossario , ed è il meccanismo principale di generazione di energia nel sole icona_esperto[79].

Michelangelo Mangano – Fisico


 

 
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