Interconversión masa-energía

4.2. Interconversión masa energía

En algunos procesos se puede observar una variación en la masa de un cuerpo y la correspondiente variación en su energía. Ocurre en los procesos que transcurren en el núcleo de los átomos.

Se puede deducir la fórmula que permite calcular la energía que resulta de una determinada pérdida de masa por medio de un balance energético que tiene lugar cuando las partículas experimentan un coche inelástico.

Vamos a estudiar el choque inelástico considerando los efectos relativistas:

Antes del choque, la masa B está en reposo y, por lo tanto, no tiene energía cinética:

Después del choque existe un único cuerpo de masa M:

Como la energía del sistema debe conservarse:

Cuando se produce una pérdida de masa en el sistema como consecuencia de un choque inelástico, se libera una cantidad de energía equivalente:

Esta ecuación es de gran importancia para comprender y calcular la energía que se libera en los procesos que afectan a partículas elementales, por ejemplo, los procesos que tienen lugar en el núcleo de los átomos.

En los aceleradores de partículas se observa el fenómeno contrario, donde una gran cantidad de energía da lugar a la aparición de partículas con masa. Estos procesos se produjeron en los momentos posteriores al big bang, provocando la creación de partículas que terminaron constituyendo la materia que conocemos.

Una consecuencia de la relatividad especial es la demostración de que la energía y la materia son dos aspectos de una misma entidad. En determinadas circunstancias, la materia se manifiesta como energía; y en otras, la energía se manifiesta en forma de materia. El principio de conservación de la materia establecido por Lavoisier a finales del s. XVIII debe reformularse así:

En cualquier transformación se conserva la energía total relativista del sistema, esto es, su balance materia-energía.