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Micron Document

<!DOCTYPE html>

<title>Proton</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Proton</h1>

</header>

</div>

Proton (p+)

</th></tr>

<tr>

<th colspan="2" style="background:#999999; color:#FFFFFF;">Klassifikation

</th></tr>

<tr>

<th colspan="2"><a href="Fermion" title="Fermion">Fermion</a> <a href="Hadron" title="Hadron">Hadron</a> <a href="Baryon" title="Baryon">Baryon</a> <a href="Nukleon" title="Nukleon">Nukleon</a>

</th></tr>

<tr>

<th colspan="2" style="background:#999999; color:#FFFFFF;">Eigenschaften<a href="#cite_note-CODATA-1">[1]</a>

</th></tr>

<tr>

<td><a href="Elektrische_Ladung" title="Elektrische Ladung">elektrische Ladung</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Masse_(Physik)" title="Masse (Physik)">Masse</a>

</td>

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .numericFormat-1000::after{content:"."}.mw-parser-output .numericFormat-minus>span,.mw-parser-output .numericFormat-dec>span{position:absolute;left:-10000px;top:auto;width:1px;height:1px;overflow:hidden}.mw-parser-output .numericFormat-minus::after{content:"−"}.mw-parser-output .numericFormat-dec::after{content:","}.mw-parser-output .numericFormat-fractpart{margin-right:0.2em}

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</style>1.007276466621(53)<a href="#cite_note-PDG22-2">[2]</a> <a href="Atomare_Masseneinheit" title="Atomare Masseneinheit">u</a> <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r252749370">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .numericFormat-multiply{background-position:center;background-repeat:no-repeat;border-radius:0.2em;color:transparent!important;display:inline-block;line-height:0.2em;margin-left:0.3em;margin-right:0.15em;width:0.2em}.mw-parser-output .numericFormat-10::before{content:"10"}.mw-parser-output .numericFormat-10 sup{margin-left:0.12em}

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</style>1.67262192595(52)e-27 <a href="Kilogramm" title="Kilogramm">kg</a> 1836.152673426(32) <a href="Elektron" title="Elektron">me</a>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Ruheenergie" class="mw-redirect" title="Ruheenergie">Ruheenergie</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Ladungsradius" title="Ladungsradius">Ladungsradius</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Compton-Wellenl%C3%A4nge" title="Compton-Wellenlänge">Compton-Wellenlänge</a>

</td>

<td>1.32140985360(41)e-15 m

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Magnetisches_Dipolmoment" title="Magnetisches Dipolmoment">magnetisches Moment</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Land%C3%A9-Faktor" title="Landé-Faktor">g-Faktor</a>

</td>

<td>5.5856946893(16)

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Gyromagnetisches_Verh%C3%A4ltnis" title="Gyromagnetisches Verhältnis">gyromagnetisches Verhältnis</a>

</td>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Spin" title="Spin">Spin</a><a href="Parit%C3%A4t_(Physik)" title="Parität (Physik)">Parität</a>

</td>

<td>½+

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Isospin" title="Isospin">Isospin</a>

</td>

<td>½   (Iz = +½)

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Lebensdauer_(Physik)" class="mw-redirect" title="Lebensdauer (Physik)">mittlere Lebensdauer</a>

</td>

<td>stabil

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Fundamentale_Wechselwirkung" title="Fundamentale Wechselwirkung">Wechselwirkungen</a>

</td>

<td><a href="Starke_Wechselwirkung" title="Starke Wechselwirkung">stark</a> <a href="Schwache_Wechselwirkung" title="Schwache Wechselwirkung">schwach</a> <a href="Elektromagnetische_Wechselwirkung" title="Elektromagnetische Wechselwirkung">elektromagnetisch</a> <a href="Gravitation" title="Gravitation">Gravitation</a>

</td></tr>

<tr>

<td><a href="Valenzquark" class="mw-redirect" title="Valenzquark">Valenzquarks</a>

</td>

<td>1 Down, 2 Up

</td></tr>

<tr>

</td></tr>

</tbody></table>

Das Proton [<style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r227981795">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .IPA a{text-decoration:none}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a href="Liste_der_IPA-Zeichen" title="Liste der IPA-Zeichen">ˈproːtɔn</a>] (<a href="Plural" title="Plural">Plural</a> Protonen [<a href="Liste_der_IPA-Zeichen" title="Liste der IPA-Zeichen">proˈtoːnən</a>]; von <a href="Altgriechische_Sprache" title="Altgriechische Sprache">altgriechisch</a> τὸ πρῶτον <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r261937631">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .Latn{font-family:"Akzidenz Grotesk","Arial","Avant Garde Gothic","Calibri","Futura","Geneva","Gill Sans","Helvetica","Lucida Grande","Lucida Sans Unicode","Lucida Grande","Stone Sans","Tahoma","Trebuchet","Univers","Verdana"}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style>to prōton „das erste“)<a href="#cite_note-3">[3]</a> ist ein stabiles, elektrisch positiv geladenes <a href="Subatomares_Teilchen" title="Subatomares Teilchen">subatomares Teilchen</a>. Jedes <a href="Atom" title="Atom">Atom</a> enthält im <a href="Atomkern" title="Atomkern">Atomkern</a> mindestens ein Proton. Das Proton gehört zu den <a href="Baryon" title="Baryon">Baryonen</a> und damit zu den <a href="Hadron" title="Hadron">Hadronen</a>. Es hat halbzahligen <a href="Spin" title="Spin">Spin</a> und ist damit ein <a href="Fermion" title="Fermion">Fermion</a>. Üblicherweise wird das Proton mit dem Formelzeichen <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {p} }">

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {p} }</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b7fca3dd6c5977eab51b5afcce54510386a2298a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:1.293ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {p} }" loading="lazy"> bezeichnet.

Der Atomkern des gewöhnlichen <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">Wasserstoffs</a> ist ein einzelnes Proton. Daher wird das Proton auch als Wasserstoffkern oder Wasserstoff<a href="Ion" title="Ion">ion</a> bezeichnet. Diese Bezeichnungen sind jedoch nicht eindeutig, weil es <a href="Isotop" title="Isotop">Isotope</a> des Wasserstoffs gibt, die zusätzlich ein oder zwei <a href="Neutron" title="Neutron">Neutronen</a> im Kern enthalten.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau">Aufbau</h2></div>

Das Proton enthält zwei <a href="Up-Quark" class="mw-redirect" title="Up-Quark">Up-Quarks</a> und ein <a href="Down-Quark" class="mw-redirect" title="Down-Quark">Down-Quark</a> (Formel uud). Diese drei <a href="Valenzquark" class="mw-redirect" title="Valenzquark">Valenzquarks</a> machen aber nur etwa 1 Prozent der Masse des Protons aus. Der Rest kommt von den <a href="Gluon" title="Gluon">Gluonen</a>, die als <a href="Austauschteilchen" title="Austauschteilchen">Austauschteilchen</a> die <a href="Starke_Wechselwirkung" title="Starke Wechselwirkung">starke Wechselwirkung</a> zwischen den Quarks vermitteln, und von <a href="Virtuelles_Teilchen" title="Virtuelles Teilchen">virtuellen</a> Quark-Antiquark-Paaren („<a href="Seequark" title="Seequark">Seequarks</a>“).<a href="#cite_note-Durr:2008zz-4">[4]</a>

Der <a href="Durchmesser" title="Durchmesser">Durchmesser</a> eines freien Protons beträgt etwa 1.7e-15 m.

Mit seinen drei Valenzquarks ist das Proton, ebenso wie das Neutron, ein <a href="Baryon" title="Baryon">Baryon</a>.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Eigenschaften">Eigenschaften</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Lebensdauer">Lebensdauer</h3></div>

Das Proton ist das einzige stabile <a href="Hadron" title="Hadron">Hadron</a> und das leichteste <a href="Baryon" title="Baryon">Baryon</a>. Da ein <a href="Zerfallskanal" title="Zerfallskanal">Zerfall</a> immer nur zu leichteren Teilchen führen kann, muss das Proton wegen der Baryonenzahlerhaltung nach dem <a href="Standardmodell" title="Standardmodell">Standardmodell</a> stabil sein. Nach Experimenten am <a href="Kamiokande" title="Kamiokande">Kamiokande</a> könnte eine eventuelle <a href="Halbwertzeit" class="mw-redirect" title="Halbwertzeit">Halbwertzeit</a> nicht unter 1032 Jahren liegen. Die Suche nach dem <a href="Protonenzerfall" title="Protonenzerfall">Protonenzerfall</a> ist für die Physik von besonderer Bedeutung, da er die Möglichkeit bieten würde, Theorien jenseits des Standardmodells zu testen.

Das Proton hat den Spin ½. Experimente der European Muon Collaboration (EMC) in den späten 1980er Jahren am <a href="CERN" title="CERN">CERN</a> und das nachfolgende <a href="HERA_(Teilchenbeschleuniger)#HERMES" title="HERA (Teilchenbeschleuniger)">HERMES-Experiment</a> am <a href="Deutsches_Elektronen-Synchrotron" title="Deutsches Elektronen-Synchrotron">DESY</a> (1995–2007) zeigten, dass der Spin des Protons weniger als zur Hälfte von den Valenzquarks herrührt. Den größeren Teil tragen offenbar Gluonen bei.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Parität">Parität</h3></div>

Da Protonen nur als Proton-Antiproton-Paare entstehen können oder durch Umwandlung anderer Baryonen, hat nur die relative Parität zu anderen Baryonen eine physikalische Bedeutung. Per Konvention hat man dem Proton positive (und damit dem Antiproton negative) Parität zugeordnet.

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Räumliche_Ausdehnung">Räumliche Ausdehnung</h3></div>

Die räumliche Ausdehnung (genauer: die Ladungsverteilung) des Protons lässt sich durch <a href="Streuung_(Physik)" title="Streuung (Physik)">elastische Streuung</a> von <a href="Elektron" title="Elektron">Elektronen</a> ermitteln. Aus der Analyse des <a href="Formfaktor_(Physik)" title="Formfaktor (Physik)">Formfaktors</a> ergibt sich eine ungefähr <a href="Exponentialfunktion" title="Exponentialfunktion">exponentiell</a> abfallende <a href="Ladungsdichte" title="Ladungsdichte">Ladungsdichte</a>:<a href="#cite_note-Povh-5">[5]</a>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \varrho (r)=\varrho (0)\,\mathrm {e} ^{-ar}\qquad }</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/8bfb6476cdb817a3a251f6b818f21699be65c8c5.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:20.519ex; height:3.009ex;" alt="{\displaystyle \varrho (r)=\varrho (0)\,\mathrm {e} ^{-ar}\qquad }" loading="lazy"> mit a = 4,27 fm−1.</dd></dl>

Das Proton ist also ein eher diffuses Gebilde.<a href="#cite_note-Povh-5">[5]</a>

Messungen der <a href="Lamb-Verschiebung" title="Lamb-Verschiebung">Lamb-Verschiebung</a> am <a href="Myonischer_Wasserstoff" title="Myonischer Wasserstoff">myonischen Wasserstoff</a>, also am gebundenen System aus <a href="Myon" title="Myon">Myon</a> und Proton, ergaben 2010 für den <a href="Ladungsradius" title="Ladungsradius">Ladungsradius</a> des Protons einen um 4 % geringeren als den bisher angenommenen Wert, der u. a. aus Streuversuchen an Elektronenbeschleunigern ermittelt worden war. Der Unterschied im Protonenradius lag im Bereich von vier Standardabweichungen. Das fand große Aufmerksamkeit, da es Fragen in Bezug zur <a href="Quantenelektrodynamik" title="Quantenelektrodynamik">Quantenelektrodynamik</a> aufwirft, die eigentlich als eine besonders gut erforschte physikalische Theorie gilt, die zum Beispiel die Energieniveaus im Wasserstoffatom bis auf 12 Dezimalstellen genau vorhersagt.<a href="#cite_note-6">[6]</a> 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 <a href="Rydbergkonstante" class="mw-redirect" title="Rydbergkonstante">Rydbergkonstanten</a>).<a href="#cite_note-7">[7]</a><a href="#cite_note-8">[8]</a> Bei weiteren Präzisionsmessungen ergab sich aber keine signifikante Diskrepanz mehr. Die <a href="Particle_Data_Group" title="Particle Data Group">Particle Data Group</a> stellte in ihrem Review von 2022 fest: „[...] the puzzle appears to be resolved.“<a href="#cite_note-pdg2022-9">[9]</a>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Magnetisches_Moment">Magnetisches Moment</h3></div>

Wenn das Proton ein elementares Spin-½-Teilchen wäre, müsste sein <a href="Magnetisches_Moment" class="mw-redirect" title="Magnetisches Moment">magnetisches Moment</a> gemäß der <a href="Dirac-Gleichung" title="Dirac-Gleichung">Dirac-Gleichung</a> den Wert <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\textstyle \,\mu _{\mathrm {N} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {p} }}}\,}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

<mrow>

</mrow>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\textstyle \,\mu _{\mathrm {N} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {p} }}}\,}</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/395b9cc0c79eef01a178c262cbf49ccd8fdfb643.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.671ex; width:10.746ex; height:4.176ex;" alt="{\textstyle \,\mu _{\mathrm {N} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {p} }}}\,}" loading="lazy"> haben. (Die so definierte Konstante <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }}</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9cf8ee7e4ee5b11bbbef24cf7b6372ff04f771b2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:2.867ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }}" loading="lazy"> bezeichnet man dabei als <a href="Kernmagneton" title="Kernmagneton">Kernmagneton</a>.) Bereits 1933 wurde jedoch entdeckt, dass das magnetische Moment um einen Faktor 2,79 (damals gemessener Wert: „2 bis 3“) größer ist<a href="#cite_note-FrischStern-10">[10]</a>, was erst Jahrzehnte später mit der Entdeckung der <a href="Quark_(Physik)" title="Quark (Physik)">Quarks</a> eine Erklärung fand.

Nach dem vereinfachten Quarkmodell auf der Ebene der <a href="Konstituentenquark" title="Konstituentenquark">Konstituentenquarks</a> ergibt sich das magnetische Moment des Protons aus den magnetischen Momenten der Quarks gemäß <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mu _{\rm {p}}={\tfrac {4}{3}}\mu _{\rm {u}}-{\tfrac {1}{3}}\mu _{\rm {d}}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

</mfrac>

</mstyle>

</mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mfrac>

</mfrac>

</mstyle>

</mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mu _{\rm {p}}={\tfrac {4}{3}}\mu _{\rm {u}}-{\tfrac {1}{3}}\mu _{\rm {d}}}</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/7698ff3e427c73f64cd99a2ac42fcba62b1a66d2.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.338ex; width:16.899ex; height:3.676ex;" alt="{\displaystyle \mu _{\rm {p}}={\tfrac {4}{3}}\mu _{\rm {u}}-{\tfrac {1}{3}}\mu _{\rm {d}}}" loading="lazy">. Hierbei sind <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mu _{\rm {u}},\mu _{\rm {d}}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mu _{\rm {u}},\mu _{\rm {d}}}</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/dfd0d68f25272a2a38ea09454ea4c993db4a5167.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:6.13ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \mu _{\rm {u}},\mu _{\rm {d}}}" loading="lazy"> die Momente zu den Massen des jeweiligen Konstituentenquarks. Das Ergebnis stimmt mit gemessenen Werten annähernd überein.<a href="#cite_note-Povh-5">[5]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beziehung_zum_Neutron">Beziehung zum Neutron</h2></div>

Protonen und Neutronen verhalten sich bezüglich der <a href="Starke_Wechselwirkung" title="Starke Wechselwirkung">starken Wechselwirkung</a> gleich; Unterschiede ergeben sich aus der elektrischen Ladung und den unterschiedlichen Massen der Valenzquarks. Daher kann man Proton und Neutron als zwei Zustände eines Teilchens (<a href="Isospin" title="Isospin">Isospin</a>duplett) betrachten.

Protonen können aus dem Zerfall von Neutronen entstehen:

</mrow>

</mrow>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

<msub>

<mover>

</mover>

</mrow>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {n} \rightarrow \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mathrm {e} }+0{,}78\,\mathrm {MeV} }</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/2ed67a1bddd473bbd39d07f730e635701101f46a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:28.97ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {n} \rightarrow \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mathrm {e} }+0{,}78\,\mathrm {MeV} }" loading="lazy"></dd></dl>

Unter den extremen Bedingungen bei der Entstehung eines <a href="Neutronenstern" title="Neutronenstern">Neutronensterns</a> kann auch die <a href="Endotherme_Reaktion" title="Endotherme Reaktion">endotherme</a> Reaktion

</mrow>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {n} +\nu _{\mathrm {e} }-0{,}78\,\mathrm {MeV} }</annotation>

</semantics>

</math><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/cf10c9d3df3212d0e7ff4e904459adda61dfd8b1.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:28.802ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {n} +\nu _{\mathrm {e} }-0{,}78\,\mathrm {MeV} }" loading="lazy"></dd></dl>

stattfinden. Unter den Namen <a href="Betazerfall" title="Betazerfall">β−-Zerfall</a> bzw. <a href="Elektroneneinfang" title="Elektroneneinfang">Elektroneneinfang</a> können beide Prozesse auch in Atomkernen vorkommen, aber wegen der Anwesenheit weiterer Nukleonen und Elektronen mit abgeänderter Energiebilanz.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Antiproton">Antiproton</h2></div>

Das <a href="Antiteilchen" title="Antiteilchen">Antiteilchen</a> zum Proton ist das <a href="Antiproton" title="Antiproton">Antiproton</a>, das 1955 erstmals von <a href="Emilio_Segr%C3%A8" title="Emilio Segrè">Emilio Segrè</a> und <a href="Owen_Chamberlain" title="Owen Chamberlain">Owen Chamberlain</a> künstlich erzeugt wurde. Dafür erhielten diese beiden Physiker im Jahr 1959 den <a href="Nobelpreis_f%C3%BCr_Physik" title="Nobelpreis für Physik">Nobelpreis für Physik</a>. Das Antiproton hat dieselbe Masse wie das Proton, aber elektrisch negative Ladung.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Protonen_als_Bestandteile_von_Atomkernen">Protonen als Bestandteile von Atomkernen</h2></div>

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

Die Protonen im Atomkern tragen zur atomaren Gesamtmasse bei. Die <a href="Starke_Wechselwirkung" title="Starke Wechselwirkung">starke Wechselwirkung</a> 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 (<a href="Elektromagnetische_Wechselwirkung" title="Elektromagnetische Wechselwirkung">elektromagnetische Wechselwirkung</a>) erfahren, tritt zwischen Neutronen untereinander und zwischen Neutronen und Protonen keine elektrostatische Kraft auf.

Das <a href="Diproton" title="Diproton">Diproton</a>, das fiktive Helium-Isotop 2He, dessen Kern lediglich aus zwei Protonen bestünde, ist nicht „teilchenstabil“, denn zwei Protonen können sich wegen des <a href="Pauli-Prinzip" title="Pauli-Prinzip">Pauli-Prinzips</a> – im Gegensatz zum Proton und Neutron beim <a href="Deuteron" title="Deuteron">Deuteron</a> – nur in einem <a href="Singulett" class="mw-redirect" title="Singulett">Singulett</a>-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 <a href="Kernphotoeffekt" title="Kernphotoeffekt">Kernphotoeffekt</a> können Protonen durch hochenergetische <a href="Photon" title="Photon">Photonen</a> aus dem Kern gelöst werden, ebenso in anderen <a href="Kernreaktion" title="Kernreaktion">Kernreaktionen</a> durch Stoß schneller Protonen, Neutronen oder <a href="Alphastrahlung" title="Alphastrahlung">Alphateilchen</a>. 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. <a href="Neutronenstrahlung" title="Neutronenstrahlung">Neutronenstrahlung</a>. 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 <a href="Radioaktivit%C3%A4t" title="Radioaktivität">Radioaktivität</a>).

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Streuprozesse_von_oder_an_Protonen">Streuprozesse von oder an Protonen</h2></div>

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 <a href="Coulomb-Kraft" class="mw-redirect" title="Coulomb-Kraft">Coulomb-Kraft</a> 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 <a href="Wirkungsquerschnitt" title="Wirkungsquerschnitt">Wirkungsquerschnitt</a> der p-p-Streuung wird hierbei abgezogen, um nur die Wirkung der Kernkräfte zu vergleichen).

Mit <a href="Elastische_Streuung" class="mw-redirect" title="Elastische Streuung">elastischen</a> oder <a href="Quasielastische_Streuung" class="mw-redirect" title="Quasielastische Streuung">quasielastischen</a> Streuungen von Elektronen an Protonen lässt sich der <a href="Formfaktor_(Physik)" title="Formfaktor (Physik)">Formfaktor</a> des Protons bestimmen.

Durch Streuung eines <a href="Spinpolarisation" title="Spinpolarisation">polarisierten</a> 1,16-<a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">GeV</a>-Elektronenstrahls an Protonen ist deren <a href="Schwache_Ladung" title="Schwache Ladung">schwache Ladung</a> genau gemessen worden. Dabei wurde ausgenutzt, dass nur bei der schwachen Wechselwirkung die <a href="Parit%C3%A4tsverletzung" title="Paritätsverletzung">Nichterhaltung der Parität</a> gilt.<a href="#cite_note-11">[11]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weitere_Reaktionen_des_Protons_in_der_Astrophysik">Weitere Reaktionen des Protons in der Astrophysik</h2></div>

Das <a href="Wasserstoffbrennen" title="Wasserstoffbrennen">Wasserstoffbrennen</a> in <a href="Stern" title="Stern">Sternen</a> beruht auf <a href="Proton-Proton-Reaktion" class="mw-redirect" title="Proton-Proton-Reaktion">Proton-Proton-Reaktionen</a> und weiteren <a href="Kernfusion" title="Kernfusion">Fusionsreaktionen</a>, bei denen Protonen involviert sind.

Bei einer <a href="Protonenanlagerung" title="Protonenanlagerung">Protonenanlagerung</a> im <a href="P-Prozess" title="P-Prozess">p-Prozess</a> überwindet ein schnelles Proton die Abstoßung durch die Coulombkraft und wird Bestandteil des getroffenen Atomkerns.

In <a href="Terrestrischer_Gammablitz" title="Terrestrischer Gammablitz">terrestrischen Gammablitzen</a> könnten neben anderen Masseteilchen auch Protonen mit Energien bis zu 30 MeV auftreten.<a href="#cite_note-12">[12]</a> Jedoch ist die Zeitskala, auf der terrestrische Protonenstrahlen gemessen werden können, deutlich länger als für terrestrische Gammablitze.<a href="#cite_note-13">[13]</a>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Technische_Anwendungen">Technische Anwendungen</h2></div>

Beschleunigte Protonen werden in der Medizin im Rahmen der <a href="Protonentherapie" title="Protonentherapie">Protonentherapie</a> 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 (<a href="Bragg-Peak" class="mw-redirect" title="Bragg-Peak">Bragg-Peak</a>). 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-<a href="Radiotherapie" class="mw-redirect" title="Radiotherapie">Radiotherapie</a> relativ wenig belastet.

Protonen mit kinetischen Energien etwa im Bereich 10 bis 50 <a href="Elektronenvolt" title="Elektronenvolt">MeV</a> aus <a href="Zyklotron" title="Zyklotron">Zyklotronen</a> dienen z. B. auch zur Herstellung protonenreicher <a href="Radionuklid" title="Radionuklid">Radionuklide</a> für medizinische Zwecke oder zur oberflächlichen <a href="Radioaktivit%C3%A4t" title="Radioaktivität">Aktivierung</a> von Maschinenteilen zwecks späterer Verschleißmessungen.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Forschungsgeschichte">Forschungsgeschichte</h2></div>

<a href="William_Prout" title="William Prout">William Prout</a> hatte 1815 vermutet, dass alle Atome aus Wasserstoffatomen aufgebaut seien.<a href="#cite_note-Rutherford1921-14">[14]</a>

Protonen tauchten in der Forschung zuerst 1898 auf, als <a href="Wilhelm_Wien" title="Wilhelm Wien">Wilhelm Wien</a> feststellte, dass man die <a href="Gei%C3%9Flerr%C3%B6hre" title="Geißlerröhre">Geißlerröhre</a> mit Wasserstoff füllen muss, um <a href="Kanalstrahlen" title="Kanalstrahlen">Kanalstrahlen</a> mit dem größten Verhältnis von Ladung zu Masse zu erhalten.<a href="#cite_note-Wien-15">[15]</a> Diese Strahlung besteht aus Protonen.

1913 entwickelte <a href="Niels_Bohr" title="Niels Bohr">Niels Bohr</a> das nach ihm benannte Modell für das Wasserstoffatom, in dem ein <a href="Elektron" title="Elektron">Elektron</a> einen positiv geladenen Atomkern umkreist. Dieser Kern ist ein Proton.

1919 führte <a href="Ernest_Rutherford" title="Ernest Rutherford">Ernest Rutherford</a> die erste künstliche Kernumwandlung durch: 14N + α → 17O + p. Er beobachtete, dass beim Beschuss von <a href="Stickstoff" title="Stickstoff">Stickstoffkernen</a> mit Alphateilchen Wasserstoffkerne emittiert wurden. 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 <a href="Materie_(Physik)" title="Materie (Physik)">Materie</a> bezeichnet.<a href="#cite_note-Rutherford1921-14">[14]</a>

Dass Protonen den Spin ½ 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 bei Raumtemperatur ¾ der Moleküle die Parallelstellung hatten (<a href="Orthowasserstoff" class="mw-redirect" title="Orthowasserstoff">Orthowasserstoff</a>) und ¼ die Antiparallelstellung (<a href="Parawasserstoff" class="mw-redirect" title="Parawasserstoff">Parawasserstoff</a>). Dies Mengenverhältnis passt nur zum Protonenspin ½.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Quellen">Quellen</h2></div>

<ul><li><a href="Wolfgang_Demtr%C3%B6der" title="Wolfgang Demtröder">Wolfgang Demtröder</a>: Experimentalphysik (Band 4). 2. Auflage. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-21451-8.</li>

<li><a href="Donald_H._Perkins" title="Donald H. Perkins">Donald H. Perkins</a>: Introduction to high energy physics. 4th edition. Cambridge University Press, 2000, ISBN 0-521-62196-8.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><a href="https://de.wiktionary.org/wiki/Proton" class="extiw external" title="wikt:Proton">Wiktionary: Proton</a> – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen</div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"></div><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Proton?uselang=de">Commons: Proton</a> – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://pdg.lbl.gov/2022/listings/rpp2022-list-p.pdf">Datenblatt des Protons</a> aus: Review of Particle Properties (2022) der <a href="Particle_Data_Group" title="Particle Data Group">Particle Data Group</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-CODATA-1"><a href="#cite_ref-CODATA_1-0">↑</a> Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Category?view=html&Atomic+and+nuclear.x=114&Atomic+and+nuclear.y=16">CODATA Recommended Values (2022).</a> National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 11. Juni 2024.<span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AProton&rft.title=CODATA+Recommended+Values+%282022%29&rft.description=CODATA+Recommended+Values+%282022%29&rft.identifier=https%3A%2F%2Fphysics.nist.gov%2Fcgi-bin%2Fcuu%2FCategory%3Fview%3Dhtml%26Atomic%2Band%2Bnuclear.x%3D114%26Atomic%2Band%2Bnuclear.y%3D16&rft.publisher=National+Institute+of+Standards+and+Technology">  Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als <a href="CODATA#Standardunsicherheiten_von_CODATA-Werten" class="mw-redirect" title="CODATA">geschätzte Standardabweichung</a> des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.

</li>

R.L. Workman et al. (<a href="Particle_Data_Group" title="Particle Data Group">Particle Data Group</a>): <a rel="nofollow" class="external text" href="https://pdg.lbl.gov/2022/listings/rpp2022-list-p.pdf">2022 Review of Particle Physics, proton.</a> (PDF) In: Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022). Particle Data Group, abgerufen am 1. August 2022 (englisch).<span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AProton&rft.title=2022+Review+of+Particle+Physics%2C+proton&rft.description=2022+Review+of+Particle+Physics%2C+proton&rft.identifier=https%3A%2F%2Fpdg.lbl.gov%2F2022%2Flistings%2Frpp2022-list-p.pdf&rft.creator=R.L.+Workman+et+al.+%28%5B%5BParticle+Data+Group%5D%5D%29&rft.publisher=Particle+Data+Group&rft.language=en">

</li>

<li id="cite_note-3"><a href="#cite_ref-3">↑</a> <a href="Wilhelm_Gemoll" title="Wilhelm Gemoll">Wilhelm Gemoll</a>: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.

</li>

<li id="cite_note-Durr:2008zz-4"><a href="#cite_ref-Durr:2008zz_4-0">↑</a> S. Dürr et al.: <a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/322/5905/1224">Ab initio determination of Light Hadron Masses.</a> Science 322 (2008) S. 1224–1227

</li>

Bogdan Povh, Klaus Rith, Christoph Scholz, Frank Zetsche: Teilchen und Kerne, 8. Auflage, Springer Verlag 2009, ISBN 978-3-540-68075-8, Kapitel 6.1: Formfaktoren des Nukleons, S. 81, und Kapitel 15.4: Magnetische Momente, S. 226

</li>

<li id="cite_note-6"><a href="#cite_ref-6">↑</a> <a href="Randolf_Pohl" title="Randolf Pohl">Randolf Pohl</a> et al.: <cite style="font-style:italic">The size of the proton</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Nature</cite>. Band 466, Nr. 7303, 2010, S. 213–216, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1038/nature09250">10.1038/nature09250</a>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Proton&rft.atitle=The+size+of+the+proton&rft.au=Randolf+Pohl+et+al.&rft.date=2010&rft.doi=10.1038%2Fnature09250&rft.genre=journal&rft.issue=7303&rft.jtitle=Nature&rft.pages=213-216&rft.volume=466" style="display:none">

</li>

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</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20180108062538/http://www.pro-physik.de/details/news/10655019/Geschrumpftes_Proton.html">Geschrumpftes Proton</a> (<a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a> vom 8. Januar 2018 im <a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a>), Pro Physik, 6. Oktober 2017

</li>

<li id="cite_note-8"><a href="#cite_ref-8">↑</a> A. Beyer et al.: The Rydberg constant and proton size from atomic hydrogen, Science, Band 358, 2017, S. 79

</li>

<li id="cite_note-pdg2022-9"><a href="#cite_ref-pdg2022_9-0">↑</a> R.L. Workman et al. (<a href="Particle_Data_Group" title="Particle Data Group">Particle Data Group</a>), Prog.Theor.Exp.Phys. 2022, 083C01 (2022), <a rel="nofollow" class="external text" href="https://pdg.lbl.gov/">The Review of Particle Physics (2022)</a>, Particle listing - <a rel="nofollow" class="external text" href="https://pdg.lbl.gov/2022/listings/rpp2022-list-p.pd">Proton</a>, Seite 7

</li>

<a href="Otto_Frisch" title="Otto Frisch">R. Frisch</a>, <a href="Otto_Stern_(Physiker)" title="Otto Stern (Physiker)">Otto Stern</a>, Über die magnetische Ablenkung von Wasserstoffmolekülen und das magnetische Moment des Protons, <a href="Zeitschrift_f%C3%BCr_Physik" title="Zeitschrift für Physik">Zeitschrift für Physik</a> 85 (1933) Seite 4–16, <a href="https://doi.org/10.1007/bf01330773" class="extiw external" title="doi:10.1007/bf01330773">doi:10.1007/bf01330773</a>

</li>

<li id="cite_note-11"><a href="#cite_ref-11">↑</a> The Jefferson Lab Q-weak Collaboration: Precision measurement of the weak charge of the proton. Nature Bd. 557 (2018) Seite 207–211, <a href="https://doi.org/10.1038/s41586-018-0096-0" class="extiw external" title="doi:10.1038/s41586-018-0096-0">doi:10.1038/s41586-018-0096-0</a>

</li>

<li id="cite_note-12"><a href="#cite_ref-12">↑</a> Köhn, C., Ebert, U.: Calculation of beams of positrons, neutrons and protons associated with terrestrial gamma-ray flashes. J. Geophys. Res. Atmos. (2015), vol. 23, <a href="https://doi.org/10.1002/2014JD022229" class="extiw external" title="doi:10.1002/2014JD022229">doi:10.1002/2014JD022229</a>

</li>

<li id="cite_note-13"><a href="#cite_ref-13">↑</a> Köhn, 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, <a href="https://doi.org/10.1002/2016JD025445" class="extiw external" title="doi:10.1002/2016JD025445">doi:10.1002/2016JD025445</a>

</li>

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."

</li>

Wilhelm Wien: Über positive Elektronen und die Existenz hoher Atomgewichte. In: <a href="Annalen_der_Physik" title="Annalen der Physik">Annalen der Physik</a>. Band 318 (4), 1904, S. 669–677.

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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