Der Atomkern besteht aus Protonen, Neutronen. In Bohrs Modell bewegen sich Elektronen auf kreisförmigen Bahnen um den Kern, wie die Erde sich um die Sonne dreht. Elektronen können sich zwischen diesen Ebenen bewegen, und wenn sie dies tun, absorbieren sie entweder ein Photon oder emittieren ein Photon. Wie groß ist ein Proton und was ist es?
Der Hauptbaustein des sichtbaren Universums
Das Proton ist der Grundbaustein des sichtbaren Universums, aber viele seiner Eigenschaften, wie etwa sein Ladungsradius und sein anomales magnetisches Moment, sind nicht gut verstanden. Was ist ein Proton? Es ist ein subatomares Teilchen mit einer positiven elektrischen Ladung. Bis vor kurzem g alt das Proton als das kleinste Teilchen. Dank neuer Technologien ist jedoch die Tatsache bekannt geworden, dass Protonen noch kleinere Elemente enth alten, Teilchen, sogenannte Quarks, die wahren Grundteilchen der Materie. Aus einem instabilen Neutron kann ein Proton entstehen.
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Welche elektrische Ladung hat ein Proton? Erhat eine Ladung von +1 Elementarladung, die mit dem Buchstaben „e“bezeichnet wird und 1874 von George Stoney entdeckt wurde. Während das Proton eine positive Ladung (oder 1e) hat, hat das Elektron eine negative Ladung (-1 oder -e), und das Neutron hat überhaupt keine Ladung und kann mit 0e bezeichnet werden. 1 Elementarladung entspricht 1,602 × 10 -19 Coulomb. Ein Coulomb ist eine Art Einheit der elektrischen Ladung und entspricht einem Ampere, das konstant pro Sekunde transportiert wird.
Was ist ein Proton?
Alles, was du anfassen und fühlen kannst, besteht aus Atomen. Die Größe dieser winzigen Teilchen im Zentrum eines Atoms ist sehr klein. Obwohl sie den größten Teil des Gewichts eines Atoms ausmachen, sind sie immer noch sehr klein. Wenn ein Atom die Größe eines Fußballfeldes hätte, wäre jedes seiner Protonen nur so groß wie eine Ameise. Protonen sollten nicht auf Atomkerne beschränkt sein. Wenn sich Protonen außerhalb von Atomkernen befinden, nehmen sie faszinierende, bizarre und potenziell gefährliche Eigenschaften an, die denen von Neutronen unter ähnlichen Umständen ähneln.
Aber Protonen haben noch eine weitere Eigenschaft. Da sie eine elektrische Ladung tragen, können sie durch elektrische oder magnetische Felder beschleunigt werden. Hochgeschwindigkeitsprotonen und die sie enth altenden Atomkerne werden bei Sonneneruptionen in großen Mengen freigesetzt. Partikel werden durch das Magnetfeld der Erde beschleunigt und verursachen ionosphärische Störungen, die als geomagnetische Stürme bekannt sind.
Anzahl der Protonen, Größe und Masse
Die Anzahl der Protonen macht jedes Atom einzigartig. Zum Beispiel hat Sauerstoff acht davon, Wasserstoff hat nur eine und Gold hat sogar 79. Diese Zahl ist ähnlich der Identität des Elements. Man kann viel über ein Atom lernen, wenn man nur die Anzahl seiner Protonen kennt. Dieses subatomare Teilchen, das sich im Kern jedes Atoms befindet, hat eine positive elektrische Ladung, die gleich und entgegengesetzt zum Elektron des Elements ist. Wenn es isoliert wäre, hätte es eine Masse von nur etwa 1,673-27 kg, etwas weniger als die Masse eines Neutrons.
Die Anzahl der Protonen im Kern eines Elements nennt man Ordnungszahl. Diese Nummer gibt jedem Element seine eindeutige Identität. In den Atomen eines bestimmten Elements ist die Anzahl der Protonen in den Kernen immer gleich. Ein einfaches Wasserstoffatom hat einen Kern, der nur aus 1 Proton besteht. Die Kerne aller anderen Elemente enth alten neben Protonen fast immer auch Neutronen.
Wie groß ist ein Proton?
Niemand weiß es genau, und das ist das Problem. Die Experimente verwendeten modifizierte Wasserstoffatome, um die Größe des Protons zu erh alten. Es ist ein subatomares Mysterium mit großen Auswirkungen. Sechs Jahre nachdem Physiker bekannt gegeben haben, dass die Messung der Größe des Protons zu klein war, sind sich die Wissenschaftler immer noch nicht sicher über die wahre Größe. Je mehr Daten auftauchen, desto tiefer wird das Mysterium.
Protonen sind Teilchen im Atomkern. Viele Jahre lang schien der Radius des Protons auf etwa 0,877 Femtometer festgelegt zu sein. Aber im Jahr 2010, Randolph Paul vom Institute of QuantumOptik sie. Max Planck in Garching, Deutschland, erhielt eine alarmierende Antwort mit einem neuen Messverfahren.
Das Team veränderte die Zusammensetzung eines Wasserstoffatoms aus einem Proton und einem Elektron, indem es ein Elektron in ein schwereres Teilchen namens Myon umwandelte. Dieses veränderte Atom ersetzten sie dann durch einen Laser. Die Messung der daraus resultierenden Änderung ihrer Energieniveaus ermöglichte es ihnen, die Größe ihres Protonenkerns zu berechnen. Zu ihrer Überraschung lag er 4 % unter dem traditionellen Wert, der mit anderen Mitteln gemessen wurde. Randolphs Experiment wandte die neue Technik auch auf Deuterium an – ein Wasserstoffisotop mit einem Proton und einem Neutron, das gemeinsam als Deuteron bekannt ist – in seinem Kern. Es dauerte jedoch lange, die Größe des Deuterons genau zu berechnen.
Neue Experimente
Neue Daten zeigen, dass das Problem mit dem Protonenradius weiterhin besteht. Einige weitere Experimente im Labor von Randolph Paul und anderen sind bereits im Gange. Einige verwenden die gleiche Myonentechnik, um die Größe von schwereren Atomkernen wie Helium zu messen. Andere messen gleichzeitig die Streuung von Myonen und Elektronen. Paul vermutet, dass der Schuldige möglicherweise nicht das Proton selbst ist, sondern eine falsche Messung der Rydberg-Konstante, einer Zahl, die die Wellenlängen des von einem angeregten Atom emittierten Lichts beschreibt. Aber diese Konstante ist durch andere Präzisionsexperimente gut bekannt.
Eine andere Erklärung schlägt neue Teilchen vor, die unerwartete Wechselwirkungen zwischen einem Proton und einem Myon hervorrufen, ohne seine Bindung mit dem Elektron zu verändern. Das könnte bedeuten, dass uns das Rätsel über das Standardmodell der Physik hinausführt. Partikel. „Wenn irgendwann in der Zukunft jemand etwas jenseits des Standardmodells entdeckt, dann war es das“, sagt Paul, mit einer ersten kleinen Diskrepanz, dann noch einer und noch einer, wodurch langsam eine monumentalere Verschiebung entsteht. Was ist die wahre Größe eines Protons? Neue Ergebnisse stellen die zugrunde liegende Theorie der Physik in Frage.
Durch die Berechnung des Einflusses des Protonenradius auf die Flugbahn konnten die Forscher den Radius des Protonenteilchens abschätzen, der 0,84184 Femtometer betrug. Zuvor lag dieser Indikator bei etwa 0,8768 bis 0,897 Femtometer. Bei der Betrachtung solch winziger Mengen gibt es immer Raum für Fehler. Doch nach 12 Jahren akribischer Arbeit sind die Teammitglieder von der Genauigkeit ihrer Messungen überzeugt. Die Theorie muss vielleicht etwas angepasst werden, aber was auch immer die Antwort sein mag, Physiker werden sich über diese entmutigende Aufgabe noch lange den Kopf kratzen.
