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Proton
(Abkürzung: p)
Protonen sind Bestandteil aller Atomkerne, kommen aber auch ohne Elektronen z. B. in kosmischer Strahlung vor.
Daten
Zusammensetzung
Ein Proton ist aus 3 Quarks aufgebaut:
| Ladung | |||||
|---|---|---|---|---|---|
2 Up-| 2·2/3 = 4/3
| 1 Down- | −1/3
| Gesamt
| +1
| |
Die 3 Quarks sind durch die starke Kernkraft aneinander gebunden. Allerdings gibt es im Mikrokosmos nicht einfach nur Kraftfelder, sondern die Kräfte werden von Teilchen übermittelt, und es entstehen ständig auch Paare von Teilchen und Antiteilchen. Deswegen wimmelt es im Proton von Gluonen sowie Quarks und Antiquarks (Up-, Down-, Top-, Bottom-, Charm- und Strange-
Diese innere Struktur des Protons wird beim Beschuss mit Elektronen sichtbar: Sie prallen von den 3 Quarks im Inneren ab. Bei höherer Geschwindigkeit haben die Elektronen quantenmechanisch eine kürzere Wellenlänge, mit der sie auch auf feinere Strukturen ansprechen, sodass sie dann auch auf die kurzzeitig entstandenen Quark-
Pionenwolke
Wenn ein Paar aus Down- und Anti-
| Ausgangsteilchen | Bestandteile | Ladung | werden zu | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Proton | Up-| 2/3
| Pion
| Up- | 2/3
| Neutron
| Down- | −1/3
| Quark- | Down- | −1/3
| Anti- | 1/3
| Pion
| |
Umgekehrt wird aus einem Neutron und einem Pion ein Proton, und genau das passiert nach kurzer Zeit auch, denn die spontan entstandenen Quark-
Masse
Ein großer Teil der Gesamtmasse des Protons stammt vom Beitrag einzelner Teilchen, die im Protonensee auf- und wieder untertauchen.[3]
Eigendrehimpuls
1988 hat ein Experiment mit gestreuten Myonen gezeigt, dass die Spins der drei Valenzquarks nicht mehr als 30 Prozent von dessen Gesamtspin ausmachen. Die Frage, was zu den anderen 70 Prozent beiträgt, hat zur „Proton-Spin- “ geführt.[4]Krise
Insgesamt trägt jedes der 3 Quarks einen Spin von 1/2 bei. Bei 2 Quarks in einem Proton ist der Spin entgegengesetzt und hebt sich damit auf, sodass das Proton insgesamt ebenfalls Spin 1/2 hat. Bei sehr hoher Energie können die Spins aller 3 Quarks parallel werden, sodass sich dann insgesamt der Spin 3/2 ergibt. Ein Proton in diesem Anregungszustand nennt man Delta-
Lebensdauer
Das Proton ist nach gegenwärtigem Kenntnisstand ein stabiles Teilchen. Ein Zerfall wurde noch nie beobachtet. Die durchschnittliche Lebensdauer eines Protons muss Untersuchungen zufolge min. 1029 Jahre betragen.
Laut den derzeit akzeptierten Theorien kann ein Proton nicht zerfallen, weil es kein leichteres Teilchen, das aus 3 Quarks besteht, gibt.
Sollte es dennoch zerfallen können, so muss das über eine hyperschwache Wechselwirkung geschehen, die noch schwächer ist als die schwache Kernkraft und die Gravitation.
Offene Fragen
Es ist noch längst nicht alles über das Innere von Protonen bekannt.
Unser Verständnis der Dynamik, durch die aus Quarks und Gluonen ein Proton wird, ist bestenfalls mager
Deswegen werden Protonen weiter erforscht.
