Γιατί η μάζα νετρονίων και πρωτονίων μεγαλύτερη από το ηλεκτρόνιο;
1. Quarks: Τα νετρόνια και τα πρωτόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ. Τα κουάρκ είναι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των hadrons, τα οποία περιλαμβάνουν πρωτόνια και νετρόνια. Υπάρχουν έξι τύποι κουάρκ:επάνω, κάτω, περίεργα, γοητεία, κορυφή και κάτω. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από διαφορετικούς συνδυασμούς πάνω και κάτω κουάρκ.
- Ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο κουάρκ και ένα κάτω κουάρκ, που δηλώνεται ως (UUD).
- Ένα νετρόνιο αποτελείται από ένα quark και δύο κάτω κουάρκ, που υποδηλώνονται ως (UDD).
Τα ηλεκτρόνια, από την άλλη πλευρά, είναι στοιχειώδη σωματίδια και δεν αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια. Θεωρούνται σωματίδια που μοιάζουν με σημείο χωρίς εσωτερική δομή.
2. Ισοδυναμία μαζικής ενέργειας: Σύμφωνα με την αρχή της ισοδυναμίας της μαζικής ενέργειας του Αϊνστάιν (E =MC²), η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμα. Η μάζα ενός σωματιδίου είναι ένα μέτρο του ενεργειακού του περιεχομένου.
Η υπόλοιπη μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρή, περίπου 9,109 × 10⁻³¹ χιλιόγραμμα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια έχουν πολύ χαμηλό ενεργειακό περιεχόμενο σε σύγκριση με τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση του ηλεκτρονίου και τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια μάζας ανάπαυσης.
Αντίθετα, τα πρωτόνια και τα νετρόνια έχουν πολύ υψηλότερη μάζα ανάπαυσης από τα ηλεκτρόνια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα κουάρκ που συνθέτουν πρωτόνια και νετρόνια είναι πιο μαζικά από τα ηλεκτρόνια. Επιπλέον, η ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία δεσμεύει κουάρκια μαζί μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια, συμβάλλει στην αυξημένη μάζα τους.
Σύγκριση των μαζών:
- Ηλεκτρονικό:Η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι περίπου 9.109 × 10⁻³¹ χιλιόγραμμα ή 1/1836 φορές η μάζα ενός πρωτονίου.
- Proton:Η μάζα ενός πρωτονίου είναι περίπου 1,6726 × 10⁻2 ⁷ κιλά.
- Νετρονίου:Η μάζα ενός νετρονίου είναι περίπου 1,6749 × 10⁻2 ⁷ κιλά, ελαφρώς βαρύτερα από ένα πρωτόνιο λόγω της παρουσίας ενός επιπλέον κάτω κουάρκ.
Συνοπτικά, η μεγαλύτερη μάζα των ουδετερών και των πρωτονίων σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια μπορεί να αποδοθεί στην παρουσία κουάρκων, στα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των Hadrons και στην αρχή της ισοδυναμίας μαζικής ενέργειας, η οποία σχετίζεται με τη μάζα με το ενεργειακό περιεχόμενο.
