0144. Ma la massa è solo una forma di energia?

In un sito riguardante lo studio della fisica nucleare ho letto che la fusione di due nuclei di idrogeno comporta che una quantità di massa si trasforma in energia, in questo sito è raffigurato Einstein che dice, la massa è solo una forma di energia (E=mc²)

Cosa vuol dire? Che la materia che noi osserviamo, tenuta addensata dall’energia si è rioganizzata in uno stato che richiede minore energia e quindi nel processo di fusione si è liberata una parte dell’energia ovvero che la materia “è energia” che si trova in uno stato addensato è l'energia ottenuta dalla reazione costituisce solo un passaggio da uno stato ad un altro? Nella reazione cosa è cambiato o quale è stata la condizione nella materia, per far si che una parte di essa si sia trasformata in energia? Grazie (Matteo)(2030)

La famosa relazione di Einstein E= mc² stabilisce il rapporto quantitativo che esiste tra una certa quantità di massa m (espressa in unità di massa, cioè kilogrammi) ed una certa quantità di energia E (espressa in unità di energia, cioè Joule ). Se una certa quantità di materia si trasforma in energia, o viceversa, allora la formula di Einstein

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ci dà il rapporto tra le due quantità. La formula di Einstein e si tende a misurare sia le masse che le energie con la stessa unità di misura: elettronvolt (eV) ed i suoi multipli keV, MeV e GeV (rispettivamente mille, un milione ed un miliardo di elettronvolt). Se un nucleo di Uranio 235 si fissiona , cioè si separa in due nuclei più leggeri e due neutroni , la massa totale delle quattro particelle emesse è normalmente inferiore alla massa del nucleo di uranio. La differenza tra la massa dell'Uranio e la massa dei prodotti della fissione (le quattro particelle) si trasforma in energia. Questa energia si manifesta in gran parte come energia cinetica (cioè velocità) della particelle emesse. Questa energia cinetica microscopica viene trasferita mediante urti multipli al materiale circostante che si scalda. Se il processo di fissione coinvolge un numero molto elevato di nuclei di Uranio , mediante una reazione a catena, si produce una enorme quantità di energia che può essere utilizzata dall'uomo. Se la reazione a catena avviene lentamente in condizioni controllate possiamo costruire un reattore nucleare per produrre energia elettrica, se invece la reazione avviene in un tempo brevissimo in forma esplosiva abbiamo una bomba nucleare con gli effetti devastanti che oramai conosciamo.

In principio anche le reazioni chimiche liberano energia a scapito della massa dei prodotti della reazione che bruciano (come diciamo nel linguaggio corrente). La differenza tra una reazione chimica ed una nucleare è nella quantità di energia liberata. Quando un atomo di carbonio brucia, cioè si combina chimicamente con l'ossigeno dell'aria per formare l'anidride carbonica CO₂ , si libera una energia dell'ordine di 1 elettronVolt (1 eV). Quando "brucia" un atomo di Uranio, cioè il suo nucleo si fissiona, si liberano circa duecento milioni di elettronvolt (200 MeV). Naturalmente non è possibile convertire tutta la massa di un nucleo di Uranio in energia perché questo processo violerebbe diverse leggi della fisica dalla conservazione della carica alla conservazione del numero dei barioni, cioè la conservazione del numero complessivo di protoni e neutroni. Circa un millesimo della massa viene convertita in energia in un processo di fissione,  ma questa frazione è cento milioni di volte più grande della massa che viene convertita in energia in una reazione chimica.

Carlo Schaerf – Fisico