Die Masse des Protons, die Protonenmasse, beträgt 1,672 621 637 (83) × 10 -27 kg oder 938,272013 (23) MeV / c2oder 1.007 276 466 77 (10) u (das sind einheitliche Atommasseneinheiten).
Die genauesten Messungen der Masse des Protons stammen aus Experimenten mit Penning-Fallen, mit denen die Eigenschaften stabil geladener Teilchen untersucht werden. Grundsätzlich wird das untersuchte Partikel durch eine Kombination von magnetischen und elektrischen Feldern in einer evakuierten Kammer begrenzt und seine Geschwindigkeit durch eine Vielzahl von Techniken wie Laserkühlung verringert. Einmal gefangen, kann das Masse-Ladungs-Verhältnis eines Protons, eines Deuterons (Kern eines Deuteriumatoms), eines einfach geladenen Wasserstoffmoleküls usw. mit hoher Präzision gemessen und daraus die Masse des Protons geschätzt werden.
Es wäre schön, wenn die experimentell beobachtete Masse eines Protons dieselbe wäre wie die aus der Theorie abgeleitete. Aber wie kann man aus der Theorie herausfinden, wie groß die Masse eines Protons sein sollte?
Die Theorie lautet Quantenchromodynamik, kurz QCD, und ist das starke Gegenstück zur Quantenelektrodynamik (QED). Da das Proton aus drei Quarks besteht - zwei nach oben und einer nach unten - ist seine Masse die Masse dieser Quarks und die Masse der Bindungsenergie. Dies ist eine sehr schwierige Berechnung, zum Teil, weil es so viele Möglichkeiten gibt, wie die Quarks und Gluonen in einem Proton interagieren, aber die veröffentlichten Ergebnisse stimmen mit dem Experiment innerhalb von ein oder zwei Prozent überein.
Grundsätzlich hat das Proton aufgrund des Higgs-Bosons Masse… zumindest nach dem sehr erfolgreichen Standardmodell der Teilchenphysik. Das einzige Problem ist, dass das Higgs-Boson noch nicht entdeckt wurde (der Large Hadron Collider wurde gebaut, um das Higgs-Boson als Hauptziel zu finden!).
Möchten Sie den „offiziellen“ Wert erfahren? Schauen Sie sich CODATA an. Und wie ist die Protonenmasse mit der Masse des Anti-Protons zu vergleichen? Klicken Sie hier, um es herauszufinden! Und wie bestimmt man die Protonenmasse anhand erster (theoretischer) Prinzipien? Dieser Artikel von CNRS erklärt, wie.
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Astronomie Cast-Episoden Die starken und schwachen Kernkräfte, der Large Hadron Collider und die Suche nach dem Higgs-Boson sowie Inside the Atom geben Ihnen mehr Einblick in die Protonenmasse. Schau sie dir an!
Quellen:
Newton Fragen Sie einen Wissenschaftler
Wikipedia
