มวลพร่อง: มวลที่หายไป

ลองชั่งอะตอมฮีเลียม-4 อย่างละเอียดมาก แล้วชั่งส่วนประกอบของมันแยกกัน คุณจะพบว่ามวลของส่วนประกอบรวมกันไม่เท่ากัน

โดยใช้ มวลอะตอม ซึ่งมีอิเล็กตรอนอยู่ทั้งสองฝั่ง จึงหักล้างกันได้:

• อะตอมไฮโดรเจน-1 2 อะตอม (โปรตอน 2 อนุภาค + อิเล็กตรอน 2 อนุภาค): 2 × 1.007825 u = 2.015650 u
• นิวตรอน 2 อนุภาค: 2 × 1.008665 u = 2.017330 u
• รวม: 4.032980 u
• มวลที่วัดได้ของอะตอมฮีเลียม-4 หนึ่งอะตอม: 4.002603 u

ผลต่าง 0.030378 u คือ มวลพร่อง นิวเคลียสที่ประกอบกันแล้วมีมวลน้อยกว่าชิ้นส่วนต่าง ๆ

มวลหายไปไหน? ความสัมพันธ์ของไอน์สไตน์ E = mc² บอกว่ามวลและพลังงานเป็นสองด้านของสิ่งเดียวกัน หากระบบปล่อยพลังงานออกมา มวลของระบบจะลดลงเท่ากับ E/c² เมื่อโปรตอน 2 อนุภาคและนิวตรอน 2 อนุภาครวมตัวกันเป็นนิวเคลียสฮีเลียม พวกมันจะปล่อยพลังงานออกมา (ในรูปของรังสีแกมมาและการเคลื่อนที่) ทำให้นิวเคลียสที่เหลืออยู่มีมวลน้อยลงเป็นปริมาณเท่ากัน

ค่าการแปลงนี้จำง่าย: มวล 1 u สอดคล้องกับพลังงาน 931.494 MeV (เขียนเป็น 931.494 MeV/c²) ดังนั้น

0.030378 u × 931.494 MeV/u ≈ 28.3 MeV.

นี่คือ พลังงานยึดเหนี่ยว ของฮีเลียม-4 ซึ่งเป็นพลังงานที่คุณต้องใส่เข้าไปพอดีเพื่อดึงนิวเคลียสออกเป็นนิวคลีออนอิสระ เมื่อหารด้วยนิวคลีออน 4 อนุภาค จะได้ 7.07 MeV ต่อนิวคลีออน ซึ่งเป็นค่าที่เราเรียกว่า B/A ค่า B/A ที่สูงกว่าหมายถึงนิวเคลียสที่ถูกยึดเหนี่ยวไว้อย่างแน่นหนากว่า

ตรวจสอบสเกล อิเล็กตรอนโวลต์ (eV) คือพลังงานของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่เคลื่อนที่ผ่านความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ และเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) คืออิเล็กตรอนโวลต์จำนวนหนึ่งล้านหน่วย ในทางเคมี การเผาไหม้คาร์บอนหนึ่งอะตอมในออกซิเจนจะปล่อยพลังงานประมาณ 4 eV การสร้างนิวเคลียสฮีเลียม-4 ปล่อยพลังงาน 28 ล้าน eV พลังงานนิวเคลียร์ต่ออะตอมมีค่ามากกว่าพลังงานเคมีต่ออะตอมหลายล้านเท่า และข้อเท็จจริงนี้เองที่ทำให้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีพลังงานเข้มข้นมาก

ในหน่วยที่ใช้กันทั่วไป มวล 1 gram หากเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ทั้งหมด จะให้พลังงานประมาณ 9 × 10¹³ J ซึ่งมากพอที่จะใช้กับบ้านหนึ่งหลังได้นานประมาณสองพันปี ในชีวิตจริงไม่มีกระบวนการใดเปลี่ยนสสารหนึ่งกรัมเป็นพลังงานได้ทั้งหมด แต่ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าตัวประกอบ c² หมายถึงอะไร