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Lexikon Physik

Proton

Das Proton (von griech. protos „erster“) p ist wie das Neutron einer der beiden Kernbausteine (Nukleonen). Es trägt eine positive Elementarladung (\(e = 1,602 \cdot 10^{-19}\,\text C\)) und hat die Ruhemasse \(m_\text p = 1,673 \cdot 10^{-27}\,\text{kg} = 1,0073\,\text u\), dies entspricht etwa dem 1836-Fachen der Elektronenmasse me und einer Ruheenergie von 938,272 MeV.

Das Proton wird zwar oft als Elementarteilchen bezeichnet, hat aber tatsächlich eine messbare Ausdehnung von knapp 2 fm und besteht im Inneren aus drei Quarks, zwei Up und einem Down. Jedes der drei Quarks trägt eine andere der drei Farbladungen, sodass das Quark wie alle beobachtbaren Teilchen farbneutral ist. Die Ruheenergie des Proton ist damit um etwa 1,3 MeV kleiner als die des Neutrons, sodass es das leichteste Baryon (3-Quark-Teilchen) und somit im Rahmen des heutigen Standardmodells der Elementarteilchenphysik stabil ist. Wenn es doch zerfallen sollte, müsste seine Halbwertszeit nach heutigen experimentellen Befunden über 1035 Jahre liegen.

Das Proton bildet den Kern des leichten Wasserstoffisotops 1H, des bei weitem häufigsten Elements im Weltall. Aus diesem gewinnt man Protonen durch Ionisation (Ionisationsenergie: 13,6 eV). Freie Protinen entstehen auch bei zahlreichen Kernreaktionen, bei Kernspaltungen sowie beim Betazerfall des freien Neutrons. Außerdem besteht der größte Anteil der kosmischen Strahlung aus Protonen. In der Physik benutzt man in Teilchenbeschleunigern erzeugte, energiereiche Protonenstrahlen, um künstliche Isotope herzustellen, Elementarteilchen zu gewinnen oder die Kernkräfte zu studieren.

Das Antiteilchen das Protons ist das Antiproton, es besteht aus zwei Antiup-Quarks und einem Antidown-Quark. Zusammen mit einem Positron kann es ein Antiwasserstoffatom bilden.

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