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Proton

Das Proton besteht aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark (Formel uud). Diese drei Valenzquarks werden von einem „See“ aus Gluonen und Quark-Antiquark-Paaren umgeben. Nur ungefähr 1 Prozent der Masse des Protons kommt von den Massen der Valenzquarks. Der Rest stammt von der Bewegungsenergie zwischen Quarks und Gluonen sowie von den Seequarks; die Gluonen vermitteln als Kraft-Austauschteilchen die starke Kraft zwischen den Quarks. Der Durchmesser eines freien Protons beträgt etwa 1,7 · 10−15 m. Das Proton ist wie das Neutron ein Baryon.

Das Proton ist das einzige stabile Hadron und das leichteste Baryon. Da ein Zerfall immer nur zu leichteren Teilchen führen kann, muss das Proton wegen der Baryonenzahlerhaltung nach dem Standardmodell stabil sein. Experimente am Kamiokande lassen auf eine Halbwertzeit von mindestens 1032 Jahren schließen. Die Suche nach dem Protonenzerfall ist für die Physik von besonderer Bedeutung, da er die Möglichkeit bieten würde, Theorien jenseits des Standardmodells zu testen.

Das magnetische Moment lässt sich nach dem vereinfachten Quarkmodell auf der Ebene der Konstituentenquarks zu μ p = 4 3 μ u 1 3 μ d = + 2 , 79 μ N {\displaystyle {\vec {\mu _{\rm {p}}}}={\tfrac {4}{3}}{\vec {\mu _{\rm {u}}}}-{\tfrac {1}{3}}{\vec {\mu _{\rm {d}}}}=+2{,}79\,{\vec {\mu _{\mathrm {N} }}}} berechnen. Dabei ist μ N {\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }} das Kernmagneton; μ u , μ d {\displaystyle \mu _{\rm {u}},\mu _{\rm {d}}} sind die Momente zu den Massen des jeweiligen Konstituentenquark mit dem g-Faktor 2. Das Ergebnis stimmt mit gemessenen Werten annähernd überein.

Protonen können aus dem Betazerfall von Neutronen entstehen:

n p + e + ν ¯ e + 0 , 78 M e V {\displaystyle \mathrm {n} \rightarrow \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+0{,}78\,\mathrm {MeV} }

Der umgekehrte Prozess tritt z. B. bei der Entstehung eines Neutronensterns auf und ist auch unter Normalbedingungen theoretisch möglich, aber statistisch extrem selten, da drei Teilchen mit genau abgestimmten Energien gleichzeitig zusammenstoßen müssten. Jedoch kann ein in einem sehr protonenreichen Atomkern gebundenes Proton sich durch Beta-plus-Zerfall oder Elektroneneinfang in ein Neutron verwandeln.

Das Antimaterie-Teilchen (Antiteilchen) zum Proton ist das Antiproton, das 1955 erstmals von Emilio Segrè und Owen Chamberlain künstlich erzeugt wurde, was den Entdeckern den Nobelpreis für Physik des Jahres 1959 einbrachte. Es hat dieselbe Masse wie das Proton, aber elektrisch negative Ladung.

Der Atomkern fast aller Nuklide besteht aus Protonen und Neutronen, den Nukleonen; die einzige Ausnahme ist das häufigste Wasserstoff-Atom 1H, dessen Atomkern nur aus einem einzelnen Proton besteht (siehe auch Proton (Chemie)). Die Anzahl der Protonen im Atomkern wird Ordnungszahl genannt, sie bestimmt die Zahl der Elektronen in der Atomhülle und damit die chemischen Eigenschaften des Elements. Atome mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden Isotope genannt und haben nahezu identische chemische Eigenschaften.

Die Protonen im Atomkern tragen zur atomaren Gesamtmasse bei. Die starke Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen ist für den Erhalt und die Stabilität des Atomkerns verantwortlich. Während die positiv geladenen Protonen untereinander sowohl anziehende (starke Wechselwirkung) als auch abstoßende Kräfte (elektromagnetische Wechselwirkung) erfahren, tritt zwischen Neutronen untereinander und zwischen Neutronen und Protonen keine elektrostatische Kraft auf.

Das Diproton, das fiktive Helium-Isotop 2He, dessen Kern lediglich aus zwei Protonen bestünde, ist nicht „teilchenstabil“, denn zwei Protonen können sich wegen des Pauli-Prinzips – im Gegensatz zum Proton und Neutron beim Deuteron – nur in einem Singulett-Zustand mit antiparallelen Spins befinden. Auf Grund der starken Spinabhängigkeit der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkung ist dieser aber energetisch angehoben und daher nicht gebunden. Erst mit einem weiteren Neutron im Kern erhält man das stabile 3He.

Über den Kernphotoeffekt können Protonen durch hochenergetische Photonen aus dem Kern gelöst werden, ebenso in anderen Kernreaktionen durch Stoß schneller Protonen, Neutronen oder Alphateilchen. Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission, also Protonen- oder Neutronenemission, kommen. Man spricht hier von Protonen- bzw. Neutronenstrahlung. Die Halbwertszeiten sind hierbei stets sehr kurz. Bei extremem Protonenüberschuss (wie zum Beispiel beim Eisenisotop 45Fe) kann der Zwei-Protonen-Zerfall auftreten, bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden (siehe hierzu den Hauptartikel Radioaktivität).

Streuexperimente mit Protonen an anderen Nukleonen werden durchgeführt, um die Eigenschaften der Nukleon-Nukleon-Wechselwirkungen zu erforschen. Bei der Streuung an Neutronen ist die starke Wechselwirkung die dominierende Kraft; die elektromagnetische und erst recht die schwache Wechselwirkung sind hier vernachlässigbar. Streut man Protonen an Protonen, so muss zusätzlich die Coulomb-Kraft berücksichtigt werden. Die Kernkräfte hängen zudem noch vom Spin ab. Ein Ergebnis des Vergleichs der p-p-Streuung mit der n-n-Streuung ist, dass die Kernkräfte unabhängig vom Ladungszustand der Nukleonen sind (der Anteil der Coulombkraft am Wirkungsquerschnitt der p-p-Streuung wird hierbei abgezogen, um nur die Wirkung der Kernkräfte zu vergleichen).

Mit elastischen oder quasielastischen Streuungen von Elektronen an Protonen lässt sich der Formfaktor des Protons bestimmen. Durch Streuung eines polarisierten 1,16-GeV-Elektronenstrahls an Protonen ist deren schwache Ladung genau gemessen worden. Dabei wurde ausgenutzt, dass nur bei der schwachen Wechselwirkung die Nichterhaltung der Parität gilt.

Proton-Proton-Reaktionen sind eine von zwei Fusionsreaktionen beim Wasserstoffbrennen.

Bei einer Protonenanlagerung im p-Prozess überwindet ein schnelles Proton die Abstoßung durch die Coulombkraft und wird Bestandteil des getroffenen Atomkerns.

Die Eigenschaften des Protons erforscht man u. a. in Anlagen wie dem Super Proton Synchrotron (SPS) und dem Large Hadron Collider (LHC) des CERNs, dem Tevatron im Fermilab oder HERA. Die Forschung mit Proton-Antiproton-Kollisionen dient unter anderem der Suche nach einer Physik jenseits des Standardmodells.

Messungen der Lamb-Verschiebung am myonischen Wasserstoff, also am gebundenen System aus Myon und Proton, ergaben 2010 für den Ladungsradius des Protons einen um 4 % geringeren als den bisher angenommenen Wert, der u. a. aus Streuversuchen an Elektronenbeschleunigern ermittelt worden war. Da das Myon viel schwerer als das Elektron ist, kommt es dem Proton viel näher. Das macht bei myonischen Atomen den Einfluss der Ausdehnung des Protons auf das Spektrum genauer messbar. Der Unterschied im Protonenradius lag im Bereich von vier Standardabweichungen. Das fand damals große Aufmerksamkeit, da es Fragen in Bezug zur Quantenelektrodynamik aufwirft, die eigentlich als die besterforschte physikalische Theorie gilt, die zum Beispiel die Energieniveaus im Wasserstoffatom bis auf 12 Dezimalstellen genau vorhersagt. Auch Abweichungen vom Standardmodell wurden diskutiert, einer der beteiligten Physiker (Randolf Pohl) hält aber eine Abweichung der Rydbergkonstante von bisher akzeptierten Werten für wahrscheinlicher. 2016 wurde die Abweichung auch an myonischen Deuterium-Atomen bestätigt. 2017 wurde eine Abweichung zu den Wasserstoff-Standarddaten auch bei Messungen an gewöhnlichem Wasserstoff entdeckt (in Höhe 3,3 Standardabweichungen sowohl beim Protonenradius als auch bei der Rydbergkonstante). Dafür mussten zwei Übergänge gemessen werden (neben 2s-1s der Übergang 2s-4p). Das Experiment stellt eine der bisher genauesten Messungen der Laserspektroskopie dar.

In terrestrischen Gammablitzen könnten neben anderen Masseteilchen auch Protonen mit Energien bis zu 30 MeV auftreten. Jedoch ist die Zeitskala, auf der terrestrische Protonenstrahlen gemessen werden können, deutlich länger als für terrestrische Gammablitze.

Beschleunigte Protonen werden in der Medizin im Rahmen der Protonentherapie zur Behandlung von Tumorgewebe eingesetzt. Dies ist eine im Vergleich zur konventionellen Röntgenbestrahlung schonendere Therapie, da die Protonen ihre Energie im Wesentlichen erst in einem eng begrenzten Tiefenbereich im Gewebe abgeben (Bragg-Peak). Das Gewebe, das sich auf dem Weg dorthin befindet, wird deutlich weniger belastet (Faktor 3 bis 4), das Gewebe dahinter wird im Vergleich zur Röntgen-Radiotherapie relativ wenig belastet.

Protonen mit kinetischen Energien etwa im Bereich 10 bis 50 MeV aus Zyklotrons dienen z. B. auch zur Herstellung protonenreicher Radionuklide für medizinische Zwecke oder zur oberflächlichen Aktivierung von Maschinenteilen zwecks späterer Verschleißmessungen.

William Prout hatte 1815 vermutet, dass alle Atome aus Wasserstoffatomen aufgebaut seien.

Protonen tauchten in der Forschung zuerst 1898 auf, als Wilhelm Wien feststellte, dass man die Geißlerröhre mit Wasserstoff füllen muss, um Kanalstrahlen mit dem größten Verhältnis von Ladung zu Masse zu erhalten. Diese Strahlung besteht aus Protonen.

1913 entwickelte Niels Bohr das nach ihm benannte Modell für das Wasserstoffatom, in dem ein Elektron einen positiv geladenen Atomkern umkreist. Dieser Kern ist ein Proton.

1919 entdeckte Ernest Rutherford, dass im Atomkern des Stickstoffs Atomkerne des Wasserstoffs vorhanden sind. Er nahm daraufhin an, dass alle Atomkerne aus Wasserstoffkernen aufgebaut sind und schlug für diese den Namen Proton vor. Dabei nahm er Bezug auf das Wort Protyle, das eine hypothetische Grundsubstanz aller Materie bezeichnet.

Dass Protonen den Spin 1/2 besitzen, wurde 1927 durch David Dennison anhand der Form der Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärme von Wasserstoff gezeigt. Diese ist bei tiefen Temperaturen verschieden, je nachdem, ob die beiden Protonen ihre Spins parallel oder antiparallel ausrichten, weil jeweils bestimmte Rotationsniveaus des Moleküls aus Gründen der Vertauschungssymmetrie dann nicht vorkommen. Es zeigte sich, dass im normalen Wasserstoffgas 3/4 der Moleküle die Parallelstellung hatten (Orthowasserstoff) und 1/4 die Antiparallelstellung (Parawasserstoff). Dies Mengenverhältnis passt nur zum Protonenspin 1/2.

  • Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik (Band 4). 2. Auflage. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-21451-8.
  • Donald H. Perkins: Introduction to high energy physics. 4th edition. Cambridge University Press, 2000, ISBN 0-521-62196-8.
  1. Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 21. Juli 2019.. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
  2. Abgerufen am 27. Juli 2017. Protonenmasse in u.
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  19. Rutherford in einer Fußnote zum Artikel "The Constitution of Atoms." von Orme Masson in The Philosophical Magazine, Vol 41 (1921), S. 281–285.: "…Finally the name "proton" met with general approval, particularly as it suggests the original term "protyle" given by Prout in his well-known hypothesis that all atoms are built up of hydrogen. The need of a special name for the nuclear unit of mass 1 was drawn attention to by Sir Oliver Lodge at the Sectional meeting, and the writer then suggested the name "proton."
  20. Wilhelm Wien: Über positive Elektronen und die Existenz hoher Atomgewichte. In: Annalen der Physik. Band 318 (4), 1904, S. 669–677.
Wiktionary: Proton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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Proton
proton, elektrisch, positiv, geladenes, baryon, auch, hadron, sprache, beobachten, bearbeiten, dieser, artikel, beschäftigt, sich, elementarteilchen, weiteren, bedeutungen, siehe, begriffsklärung, ˈproːtɔn, plural, proˈtoːnən, altgriechisch, τὸ, πρῶτον, prōton. Proton elektrisch positiv geladenes Baryon auch Hadron Sprache Beobachten Bearbeiten Dieser Artikel beschaftigt sich mit dem Elementarteilchen Zu weiteren Bedeutungen siehe Proton Begriffsklarung Das Proton ˈproːtɔn Plural Protonen proˈtoːnen von altgriechisch tὸ prῶton to prōton das erste 10 ist ein stabiles elektrisch positiv geladenes Hadron Sein Formelzeichen ist p displaystyle mathbf p Das Proton gehort neben dem Neutron und dem Elektron zu den Bausteinen der Atome aus denen alle alltagliche Materie zusammengesetzt ist Proton p KlassifikationFermion Hadron Baryon NukleonEigenschaften 1 elektrische Ladung 1 eMasse 1 007 276 466 583 15 29 2 u 1 672 621 923 69 51 10 27 3 kg 1836 152 673 43 11 4 meRuheenergie 938 272 088 16 29 5 MeVCompton Wellenlange 1 321 409 855 39 40 10 15 6 mmagnetisches Moment 1 410 606 797 36 60 10 26 7 J T 2 792 847 344 63 82 mNg Faktor 5 585 694 6893 16 8 gyromagnetisches Verhaltnis 2 675 221 8744 11 108 9 s 1 T 1SpinParitat 1 2 Isospin 1 2 Iz 1 2 mittlere Lebensdauer stabilWechselwirkungen stark schwach elektromagnetisch GravitationQuark Zusammensetzung 1 Down 2 Up Der Atomkern des gewohnlichen Wasserstoffs ist ein einzelnes Proton daher wird das Proton auch als Wasserstoffkern oder Wasserstoffion bezeichnet Diese Bezeichnungen sind jedoch nicht eindeutig weil es Isotope des Wasserstoffs gibt die zusatzlich ein oder zwei Neutronen im Kern enthalten Inhaltsverzeichnis 1 Aufbau 2 Eigenschaften 3 Protonen als Bestandteile von Atomkernen 4 Streuprozesse von oder an Protonen 5 Weitere Reaktionen des Protons in der Astrophysik 6 Aktuelle Forschungsgebiete 7 Technische Anwendungen 8 Forschungsgeschichte 9 Quellen 10 Einzelnachweise 11 WeblinksAufbau BearbeitenDas Proton besteht aus zwei Up Quarks und einem Down Quark Formel uud Diese drei Valenzquarks werden von einem See aus Gluonen und Quark Antiquark Paaren umgeben Nur ungefahr 1 Prozent der Masse des Protons kommt von den Massen der Valenzquarks Der Rest stammt von der Bewegungsenergie zwischen Quarks und Gluonen sowie von den Seequarks die Gluonen vermitteln als Kraft Austauschteilchen die starke Kraft zwischen den Quarks 11 Der Durchmesser eines freien Protons betragt etwa 1 7 10 15 m Das Proton ist wie das Neutron ein Baryon Eigenschaften BearbeitenDas Proton ist das einzige stabile Hadron und das leichteste Baryon Da ein Zerfall immer nur zu leichteren Teilchen fuhren kann muss das Proton wegen der Baryonenzahlerhaltung nach dem Standardmodell stabil sein Experimente am Kamiokande lassen auf eine Halbwertzeit von mindestens 1032 Jahren schliessen Die Suche nach dem Protonenzerfall ist fur die Physik von besonderer Bedeutung da er die Moglichkeit bieten wurde Theorien jenseits des Standardmodells zu testen Das magnetische Moment lasst sich nach dem vereinfachten Quarkmodell auf der Ebene der Konstituentenquarks zu m p 4 3 m u 1 3 m d 2 79 m N displaystyle vec mu rm p tfrac 4 3 vec mu rm u tfrac 1 3 vec mu rm d 2 79 vec mu mathrm N berechnen Dabei ist m N displaystyle mu mathrm N das Kernmagneton m u m d displaystyle mu rm u mu rm d sind die Momente zu den Massen des jeweiligen Konstituentenquark mit dem g Faktor 2 Das Ergebnis stimmt mit gemessenen Werten annahernd uberein Protonen konnen aus dem Betazerfall von Neutronen entstehen n p e n e 0 78 M e V displaystyle mathrm n rightarrow mathrm p mathrm e bar nu e 0 78 mathrm MeV Der umgekehrte Prozess tritt z B bei der Entstehung eines Neutronensterns auf und ist auch unter Normalbedingungen theoretisch moglich aber statistisch extrem selten da drei Teilchen mit genau abgestimmten Energien gleichzeitig zusammenstossen mussten Jedoch kann ein in einem sehr protonenreichen Atomkern gebundenes Proton sich durch Beta plus Zerfall oder Elektroneneinfang in ein Neutron verwandeln Das Antimaterie Teilchen Antiteilchen zum Proton ist das Antiproton das 1955 erstmals von Emilio Segre und Owen Chamberlain kunstlich erzeugt wurde was den Entdeckern den Nobelpreis fur Physik des Jahres 1959 einbrachte Es hat dieselbe Masse wie das Proton aber elektrisch negative Ladung Protonen als Bestandteile von Atomkernen BearbeitenDer Atomkern fast aller Nuklide besteht aus Protonen und Neutronen den Nukleonen die einzige Ausnahme ist das haufigste Wasserstoff Atom 1H dessen Atomkern nur aus einem einzelnen Proton besteht siehe auch Proton Chemie Die Anzahl der Protonen im Atomkern wird Ordnungszahl genannt sie bestimmt die Zahl der Elektronen in der Atomhulle und damit die chemischen Eigenschaften des Elements Atome mit gleicher Protonenzahl aber unterschiedlicher Neutronenzahl werden Isotope genannt und haben nahezu identische chemische Eigenschaften Die Protonen im Atomkern tragen zur atomaren Gesamtmasse bei Die starke Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen ist fur den Erhalt und die Stabilitat des Atomkerns verantwortlich Wahrend die positiv geladenen Protonen untereinander sowohl anziehende starke Wechselwirkung als auch abstossende Krafte elektromagnetische Wechselwirkung erfahren tritt zwischen Neutronen untereinander und zwischen Neutronen und Protonen keine elektrostatische Kraft auf Das Diproton das fiktive Helium Isotop 2He dessen Kern lediglich aus zwei Protonen bestunde ist nicht teilchenstabil denn zwei Protonen konnen sich wegen des Pauli Prinzips im Gegensatz zum Proton und Neutron beim Deuteron nur in einem Singulett Zustand mit antiparallelen Spins befinden Auf Grund der starken Spinabhangigkeit der Nukleon Nukleon Wechselwirkung ist dieser aber energetisch angehoben und daher nicht gebunden Erst mit einem weiteren Neutron im Kern erhalt man das stabile 3He Uber den Kernphotoeffekt konnen Protonen durch hochenergetische Photonen aus dem Kern gelost werden ebenso in anderen Kernreaktionen durch Stoss schneller Protonen Neutronen oder Alphateilchen Bei Kernen mit besonders hoher oder besonders geringer Neutronenzahl kann es zu spontaner Nukleonenemission also Protonen oder Neutronenemission kommen Man spricht hier von Protonen bzw Neutronenstrahlung Die Halbwertszeiten sind hierbei stets sehr kurz Bei extremem Protonenuberschuss wie zum Beispiel beim Eisenisotop 45Fe kann der Zwei Protonen Zerfall auftreten bei dem sogar zwei Protonen gleichzeitig abgestrahlt werden siehe hierzu den Hauptartikel Radioaktivitat Streuprozesse von oder an Protonen BearbeitenStreuexperimente mit Protonen an anderen Nukleonen werden durchgefuhrt um die Eigenschaften der Nukleon Nukleon Wechselwirkungen zu erforschen Bei der Streuung an Neutronen ist die starke Wechselwirkung die dominierende Kraft die elektromagnetische und erst recht die schwache Wechselwirkung sind hier vernachlassigbar Streut man Protonen an Protonen so muss zusatzlich die Coulomb Kraft berucksichtigt werden Die Kernkrafte hangen zudem noch vom Spin ab Ein Ergebnis des Vergleichs der p p Streuung mit der n n Streuung ist dass die Kernkrafte unabhangig vom Ladungszustand der Nukleonen sind der Anteil der Coulombkraft am Wirkungsquerschnitt der p p Streuung wird hierbei abgezogen um nur die Wirkung der Kernkrafte zu vergleichen Mit elastischen oder quasielastischen Streuungen von Elektronen an Protonen lasst sich der Formfaktor des Protons bestimmen Durch Streuung eines polarisierten 1 16 GeV Elektronenstrahls an Protonen ist deren schwache Ladung genau gemessen worden Dabei wurde ausgenutzt dass nur bei der schwachen Wechselwirkung die Nichterhaltung der Paritat gilt 12 Weitere Reaktionen des Protons in der Astrophysik BearbeitenProton Proton Reaktionen sind eine von zwei Fusionsreaktionen beim Wasserstoffbrennen Bei einer Protonenanlagerung im p Prozess uberwindet ein schnelles Proton die Abstossung durch die Coulombkraft und wird Bestandteil des getroffenen Atomkerns Aktuelle Forschungsgebiete BearbeitenDie Eigenschaften des Protons erforscht man u a in Anlagen wie dem Super Proton Synchrotron SPS und dem Large Hadron Collider LHC des CERNs dem Tevatron im Fermilab oder HERA Die Forschung mit Proton Antiproton Kollisionen dient unter anderem der Suche nach einer Physik jenseits des Standardmodells 13 Messungen der Lamb Verschiebung am myonischen Wasserstoff also am gebundenen System aus Myon und Proton ergaben 2010 fur den Ladungsradius des Protons einen um 4 geringeren als den bisher angenommenen Wert der u a aus Streuversuchen an Elektronenbeschleunigern ermittelt worden war Da das Myon viel schwerer als das Elektron ist kommt es dem Proton viel naher Das macht bei myonischen Atomen den Einfluss der Ausdehnung des Protons auf das Spektrum genauer messbar Der Unterschied im Protonenradius lag im Bereich von vier Standardabweichungen Das fand damals grosse Aufmerksamkeit da es Fragen in Bezug zur Quantenelektrodynamik aufwirft die eigentlich als die besterforschte physikalische Theorie gilt die zum Beispiel die Energieniveaus im Wasserstoffatom bis auf 12 Dezimalstellen genau vorhersagt 14 Auch Abweichungen vom Standardmodell wurden diskutiert einer der beteiligten Physiker Randolf Pohl halt aber eine Abweichung der Rydbergkonstante von bisher akzeptierten Werten fur wahrscheinlicher 15 2016 wurde die Abweichung auch an myonischen Deuterium Atomen bestatigt 2017 wurde eine Abweichung zu den Wasserstoff Standarddaten auch bei Messungen an gewohnlichem Wasserstoff entdeckt in Hohe 3 3 Standardabweichungen sowohl beim Protonenradius als auch bei der Rydbergkonstante 16 17 Dafur mussten zwei Ubergange gemessen werden neben 2s 1s der Ubergang 2s 4p Das Experiment stellt eine der bisher genauesten Messungen der Laserspektroskopie dar In terrestrischen Gammablitzen konnten neben anderen Masseteilchen auch Protonen mit Energien bis zu 30 MeV auftreten 18 Jedoch ist die Zeitskala auf der terrestrische Protonenstrahlen gemessen werden konnen deutlich langer als fur terrestrische Gammablitze 19 Technische Anwendungen BearbeitenBeschleunigte Protonen werden in der Medizin im Rahmen der Protonentherapie zur Behandlung von Tumorgewebe eingesetzt Dies ist eine im Vergleich zur konventionellen Rontgenbestrahlung schonendere Therapie da die Protonen ihre Energie im Wesentlichen erst in einem eng begrenzten Tiefenbereich im Gewebe abgeben Bragg Peak Das Gewebe das sich auf dem Weg dorthin befindet wird deutlich weniger belastet Faktor 3 bis 4 das Gewebe dahinter wird im Vergleich zur Rontgen Radiotherapie relativ wenig belastet Protonen mit kinetischen Energien etwa im Bereich 10 bis 50 MeV aus Zyklotrons dienen z B auch zur Herstellung protonenreicher Radionuklide fur medizinische Zwecke oder zur oberflachlichen Aktivierung von Maschinenteilen zwecks spaterer Verschleissmessungen Forschungsgeschichte BearbeitenWilliam Prout hatte 1815 vermutet dass alle Atome aus Wasserstoffatomen aufgebaut seien 20 Protonen tauchten in der Forschung zuerst 1898 auf als Wilhelm Wien feststellte dass man die Geisslerrohre mit Wasserstoff fullen muss um Kanalstrahlen mit dem grossten Verhaltnis von Ladung zu Masse zu erhalten 21 Diese Strahlung besteht aus Protonen 1913 entwickelte Niels Bohr das nach ihm benannte Modell fur das Wasserstoffatom in dem ein Elektron einen positiv geladenen Atomkern umkreist Dieser Kern ist ein Proton 1919 entdeckte Ernest Rutherford dass im Atomkern des Stickstoffs Atomkerne des Wasserstoffs vorhanden sind Er nahm daraufhin an dass alle Atomkerne aus Wasserstoffkernen aufgebaut sind und schlug fur diese den Namen Proton vor Dabei nahm er Bezug auf das Wort Protyle das eine hypothetische Grundsubstanz aller Materie bezeichnet Dass Protonen den Spin 1 2 besitzen wurde 1927 durch David Dennison anhand der Form der Temperaturabhangigkeit der spezifischen Warme von Wasserstoff gezeigt Diese ist bei tiefen Temperaturen verschieden je nachdem ob die beiden Protonen ihre Spins parallel oder antiparallel ausrichten weil jeweils bestimmte Rotationsniveaus des Molekuls aus Grunden der Vertauschungssymmetrie dann nicht vorkommen Es zeigte sich dass im normalen Wasserstoffgas 3 4 der Molekule die Parallelstellung hatten Orthowasserstoff und 1 4 die Antiparallelstellung Parawasserstoff Dies Mengenverhaltnis passt nur zum Protonenspin 1 2 Quellen BearbeitenWolfgang Demtroder Experimentalphysik Band 4 2 Auflage Springer Berlin 2005 ISBN 3 540 21451 8 Donald H Perkins Introduction to high energy physics 4th edition Cambridge University Press 2000 ISBN 0 521 62196 8 Einzelnachweise Bearbeiten Die Angaben uber die Teilcheneigenschaften Infobox sind wenn nicht anders angegeben entnommen aus CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes diese Unsicherheit ist als geschatzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsachlichen Wert angegeben Proton leichter als gedacht Abgerufen am 27 Juli 2017 Protonenmasse in u CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Protonenmasse in kg CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Protonenmasse in Vielfachen der Elektronenmasse CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Protonenmasse in MeV c2 CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Compton Wellenlange des Protons CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Magnetisches Moment des Protons CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 g Faktor des Protons CODATA Recommended Values National Institute of Standards and Technology abgerufen am 21 Juli 2019 Gyromagnetisches Verhaltnis des Protons Wilhelm Gemoll Griechisch Deutsches Schul und Handworterbuch Munchen Wien 1965 S Durr et al Ab initio determination of Light Hadron Masses Science 322 2008 S 1224 1227 The Jefferson Lab Q weak Collaboration Precision measurement of the weak charge of the proton Nature Bd 557 2018 Seite 207 211 doi 10 1038 s41586 018 0096 0 Suche nach Physik ausserhalb des Standardmodells in Proton Antiproton Kollisionen mit Leptonen und Jets im Endzustand Thomas Nunnemann Weblink zu PDF Vortrag Randolf Pohl et al The size of the proton In Nature Band 466 Nr 7303 2010 S 213 216 doi 10 1038 nature09250 Natalie Wolchover New Measurement Deepens Proton Puzzle Quanta Magazine 11 August 2016 Geschrumpftes Proton Pro Physik 6 Oktober 2017 A Beyer et al The Rydberg constant and proton size from atomic hydrogen Science Band 358 2017 S 79 Kohn C Ebert U Calculation of beams of positrons neutrons and protons associated with terrestrial gamma ray flashes J Geophys Res Atmos 2015 vol 23 doi 10 1002 2014JD022229 Kohn C Diniz G Harakeh M N Production mechanisms of leptons photons and hadrons and their possible feedback close to lightning leaders J Geophys Res Atmos 2017 vol 122 doi 10 1002 2016JD025445 Rutherford in einer Fussnote zum Artikel The Constitution of Atoms von Orme Masson in The Philosophical Magazine Vol 41 1921 S 281 285 Finally the name proton met with general approval particularly as it suggests the original term protyle given by Prout in his well known hypothesis that all atoms are built up of hydrogen The need of a special name for the nuclear unit of mass 1 was drawn attention to by Sir Oliver Lodge at the Sectional meeting and the writer then suggested the name proton Wilhelm Wien Uber positive Elektronen und die Existenz hoher Atomgewichte In Annalen der Physik Band 318 4 1904 S 669 677 Weblinks Bearbeiten Wiktionary Proton Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Commons Proton Album mit Bildern Videos und Audiodateien Datenblatt des Protons aus Review of Particle Properties 2020 der Particle Data Group Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Proton amp oldid 215226380, wikipedia, wiki, deutsches

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