Skąd się bierze nasza masa czyli zagadka Słońca rozwiązana

 Zdjęcie Słońca w nocy – „światłem” neutrin.

__

Rozwiązanie solarnego paradoksu, a raczej jego dowód, jest oczywiście „zaszyfrowane” w tym niedawno zrobionym „nocnym” zdjęciu powyżej, ale pierwszy je podał francuski fizyk Jean Perrin już w 1919. Miał Perrin genialną intuicję (nie jeden raz, w 1901 zasugerował „planetarny” model atomu – dużo później zaproponowany przez Rutherforda i Bohra) – dopiero w 1939 po rozwinięciu podstaw fizyki jądrowej Hans Bethe** mógł precyzyjnie wykazać działanie, za co dostał nobla w 1967, odpowiedniego mechanizmu tzw. cyklu protonowego.

Do postawienia swojej hipotezy Perrin zestawił dwie obserwacje: I. „deficyt masy” w hipotetycznej wtedy reakcji jądrowej 4 H → He oraz II. równoważność energia-masa Einsteina z 1905; innymi słowy formułę E = mc². Zaproponował zatem, że (głównym) źródłem energii Słońca jest nowa reakcja fuzji czterech jąder wodoru (czyli 4 protonów) w jedno jądro helu (czyli cząstkę alfa): 4 H → He.

Jako że jeden mol helu waży 4,003 g, a cztery mole wodoru 4,03 g, to dostajemy z zasady zachowania energii i równania Einsteina, że na jeden mol wyprodukowanego w takiej reakcji helu otrzymamy ekstra energię = 0,027 g razy ce-kwadrat czyli okolo 2500 miliardów J! Zamiast niecałego miliona dżuli w „najlepszych” reakcjach chemicznych…

W rzeczywistości sprawa jest nieco bardziej skomplikowana, bo ta reakcja nie zachodzi w jednym kroku, ale trzech no i małą część owej energii unoszą słynne neutrina. Niektóre z nich są rejestrowane w gigantycznych laboratoriach na Ziemii produkujących w efekcie takie piękne, jak to wyżej, zdjęcia rdzenia Słońca gdzie owa fuzja zachodzi. W dodatku, owe cztery jądra H dają 4 protony, a przecież jądro He składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów – każda taka zamiana protonu na neutron skutkuje właśnie emisją neutrina…

No, ale co to ma wspólnego z masą naszego własnego ciała? Ano to, iż w latach 70tych XX wieku okazało się, że protony i neutrony składające się na wszystkie jądra atomowe, NIE są cząstkami elementarnymi, ale są złożone z trzech kwarków. Przy czym owe kwarki są zawsze uwięzione w protonach i neutronach, zatem nie da się ich obserwować w stanie „swobodnym” i cała wiedza o nich jest dostępna pośrednio. Owo uwięzienie bierze się z nieprawdopodobnie dużej „gluonowej” siły wzajemnie je przyciągającej.

I teraz mamy kolejny paradoks – jak to jest że masa owych 3 kwarków stanowi jedynie  1% masy protonu czy neutronu?! Można powiedzieć, że tym razem jest to odwrotny paradoks do jądrowego, gdzie masa jąder jest zawsze nieco mniejsza od sumy mas ich składników…

Wedle teorii względności masa danego systemu złożonego (jak proton w spoczynku) razy c² = energii całkowitej jego elementów, czyli sumie wszystkich energii kinetycznych ORAZ energii potencjalnej owego systemu; w protonie wkład energii kinetycznej kwarków jest malutki, bo ich masy*** są małe w stosunku do masy protonu, czyli prawie cała masa protonu to (dodatnia) energia potencjalna oddziaływań gluonowych! Dokładnie przeciwnie do mas atomów, gdzie energie kinetyczne (uwaga – zawsze ze słynnym członem spoczynkowym mc!) składników dominują i wkład od energii potencjalnej oddziaływań elektromagnetycznych jest znikomy. Ale to nic dziwnego – wszak oddziaływania gluonowe nie na darmo nazywane są silnymi, a jest to bardzo oględne, bo w rzeczywistości są hiper-ultra-mocne!

Podsumowując, dochodzimy do zdumiewającej konkluzji: masa naszego ciała, i innych obiektów wokół nas, jest dana przez sumę mas olbrzymich ilości atomów i molekuł, ale ich masy są głównie dane przez masy jąder atomowych, które z kolei składają się z protonów i neutronów – tak więc w efekcie nasza masa w prawie 99% jest „wytworzona” przez energię potencjalną oddziaływań silnych, a zatem przez energię POLA gluonowego!

__

**) Prawdziwy fenomen – zmarł w wieku 99 lat, do końca prawie publikując prace naukowe.

***) Co do wartości mas kwarków, i innych cząstek elementarnych, to nie mamy jak dotąd wyjaśnienia ich „wzoru”, ale są tam bardzo zastanawiające regularności. W dodatku, wedle obowiązującej teorii, to masa bardzo egzotycznego kwarku top jest najbardziej naturalna, i trzeba niejako wytłumaczyć „małość” wszystkich pozostałych mas! Po więcej szczegółów odsyłam do mojej notki w przyszłości…

3 myśli na temat “Skąd się bierze nasza masa czyli zagadka Słońca rozwiązana”

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s