Protonengeheimnisse. Alter und Größe sind noch nicht bekannt

Es ist bekannt, dass ein Proton drei Quarks enthält. In Wirklichkeit ist seine Struktur komplexer (1), und das Hinzufügen von Gluonen, um die Quarks zusammenzubinden, ist noch nicht das Ende der Sache. Das Proton gilt als ein wahres Meer aus Quarks und Antiquarks, das kommt und geht, was für ein so stabiles Materieteilchen seltsam ist.

Bis vor Kurzem war selbst die genaue Größe des Protons unbekannt. Physiker hatten lange Zeit einen Wert von 0,877. Femtometer (fm, wobei Femtometer 100 Trillionstel Meter entspricht). Im Jahr 2010 führte ein internationales Team ein neues Experiment am Paul Scherrer Institut in der Schweiz durch und erreichte einen etwas niedrigeren Wert von 0,84 fm. Im Jahr 2017 errechneten deutsche Physiker aufgrund ihrer Messungen den Protonenradius auf 0,83 fm und er entspräche, wie mit der Genauigkeit des Messfehlers zu erwarten, dem 0,84 anhand des exotischen „Myonischen“ berechneten Wert von 2010 fm Wasserstoffstrahlung.“

Zwei Jahre später überprüfte eine andere Gruppe von Wissenschaftlern, die in den Vereinigten Staaten, der Ukraine, Russland und Armenien arbeiteten und das PRad-Team am Jefferson Laboratory in Virginia bildeten, die Messungen noch einmal neues Experiment zur Proton-Elektron-Streuung. Die Wissenschaftler erhielten das Ergebnis - 0,831 Femtometer. Die Autoren des Nature-Papiers dazu glauben, dass das Problem nicht vollständig gelöst ist. Das ist unser Wissen über das Teilchen, das die „Basis“ der Materie ist.

Das sagen wir auf jeden Fall Proton - ein stabiles subatomares Teilchen aus der Gruppe der Baryonen mit einer Ladung von +1 und einer Ruhemasse von etwa 1 Einheit. Protonen und Neutronen sind Nukleonen, Elemente von Atomkernen. Die Anzahl der Protonen im Kern eines bestimmten Atoms entspricht seiner Ordnungszahl, die die Grundlage für die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem bildet. Sie sind der Hauptbestandteil der primären kosmischen Strahlung. Nach dem Standardmodell ist ein Proton ein komplexes Teilchen, das als Hadron, genauer gesagt als Baryon, klassifiziert wird. besteht aus drei Quarks – zwei „u“-Quarks und ein „d“-Quark, die durch die starke Kraft gebunden sind, die von Gluonen übertragen wird.

Nach neuesten experimentellen Ergebnissen beträgt die durchschnittliche Lebensdauer dieses Teilchens beim Zerfall eines Protons mehr als 2,1 · 1029 Jahre. Nach dem Standardmodell kann das Proton als leichtestes Baryon nicht spontan zerfallen. Ungeprüfte große vereinheitlichte Theorien sagen typischerweise einen Protonenzerfall mit einer Lebensdauer von mindestens 1 × 1036 Jahren voraus. Das Proton kann beispielsweise durch den Prozess des Elektroneneinfangs umgewandelt werden. Dieser Vorgang erfolgt nicht spontan, sondern nur als Folge sorgen für zusätzliche Energie. Dieser Vorgang ist reversibel. Zum Beispiel bei einer Trennung Beta-Neutron verwandelt sich in ein Proton. Freie Neutronen zerfallen spontan (Lebensdauer etwa 15 Minuten) und bilden ein Proton.

Kürzlich haben Experimente gezeigt, dass sich Protonen und ihre Nachbarn im Inneren eines Atomkerns befinden. von Neutronen scheinen viel größer zu sein, als sie sein sollten. Physiker haben zwei konkurrierende Theorien entwickelt, um das Phänomen zu erklären, und die Befürworter der einen glauben, dass die andere falsch ist. Aus irgendeinem Grund verhalten sich Protonen und Neutronen in schweren Kernen so, als wären sie viel größer als außerhalb des Kerns. Wissenschaftler nennen dies den EMC-Effekt der European Muon Collaboration, der Gruppe, die ihn zufällig entdeckt hat. Dies ist ein Verstoß gegen bestehende Vorschriften.

Die Forscher gehen davon aus, dass die Quarks, aus denen die Nukleonen bestehen, mit anderen Quarks aus anderen Protonen und Neutronen interagieren und dabei die Wände zerstören, die die Teilchen trennen. Quarks bilden eins Proton i Quarks Sie bilden ein weiteres Proton und beginnen, denselben Platz einzunehmen. Dadurch werden die Protonen (oder Neutronen) gedehnt und verschwimmen. Sie wachsen stark, wenn auch in sehr kurzer Zeit. Allerdings sind nicht alle Physiker mit dieser Beschreibung des Phänomens einverstanden. Es scheint also, dass das soziale Leben eines Protons im Atomkern nicht weniger rätselhaft ist als sein Alter und seine Größe.