| magnetic_moment =

| magnetic_polarizability =

| spinnen Sie =

| isospin =

| Gleichheit = +1

| condensed_symmetries = ich (J) =

| Radius = 

} }\

Das Proton ist eine subatomare Partikel mit dem Symbol oder und eine positive elektrische Anklage von 1 elementarer Anklage. Ein oder mehr Protone sind im Kern jedes Atoms zusammen mit Neutronen da. Die Zahl von Protonen in jedem Atom ist seine Atomnummer.

Im Standardmodell der Partikel-Physik ist das Proton ein hadron, der aus Quarken zusammengesetzt ist. Vor diesem Modell, das eine Einigkeit in der Physik-Gemeinschaft wird, wurde das Proton als eine grundsätzliche Partikel betrachtet. Ein Proton wird aus zwei Quarke und ein unten Quark mit der Rest-Masse der Quarke zusammengesetzt, die vorgehabt sind, nur ungefähr 1 % der Masse des Protons beizutragen. Der Rest der Protonenmasse ist wegen der kinetischen Energie der Quarke und zur Energie der gluon Felder, die sie zusammen binden.

Weil das Proton nicht eine grundsätzliche Partikel ist, besitzt es eine physische Größe — obwohl das nicht vollkommen bestimmt ist, da die Oberfläche eines Protons durch Kräfte definiert wird, die zu einem plötzlichen Ende nicht kommen, und deshalb etwas kraus ist. Das Proton ist ungefähr 1.6-1.7 von im Durchmesser.

Das freie Proton (ein Proton, das nicht zu Nukleonen oder Elektronen gebunden ist), ist stabil und wird natürlich in mehreren Situationen gefunden. Freie Protone bestehen in plasmas, in dem Temperaturen zu hoch sind, um ihnen zu erlauben, sich mit Elektronen zu verbinden. Freie Protone der hohen Energie und Geschwindigkeit setzen 90 % von kosmischen Strahlen zusammen, die sich im Vakuum für interstellare Entfernungen fortpflanzen. Freie Protone werden direkt von Atomkernen in einigen seltenen Typen des radioaktiven Zerfalls ausgestrahlt, und ergeben sich auch aus dem Zerfall von freien Neutronen, die nicht stabil sind.

In allen diesen Fällen müssen Protone genügend Geschwindigkeit (und kinetische Energie) verlieren, um ihnen zu erlauben, vereinigt mit Elektronen zu werden, da das relativ Wechselwirkung der niedrigen Energie ist. Jedoch, in solch einer Vereinigung, wird der Charakter des bestimmten Protons nicht geändert, und es bleibt ein Proton. Die Anziehungskraft der niedrigen Energie freie Protone zu Elektronen in der normalen Sache veranlasst solche Protone, bald anzuhalten und ein neues chemisches Band zu bilden. Solch ein Band geschieht bei jeder "genug kalten" Temperatur (d. h., vergleichbar mit Temperaturen an der Oberfläche der Sonne) und mit jedem Typ des Atoms. In der Wechselwirkung mit der normalen (nichtplasma)-Sache niedrige Geschwindigkeit werden freie Protone von Elektronen in jedem Atom oder Molekül angezogen, mit dem sie in Berührung kommen, das Proton und Molekül veranlassend, sich zu verbinden. Wie man dann sagt, sind solche Moleküle "protonated", und chemisch werden sie häufig infolgedessen so genannte Säuren von Bronsted.

Im Vakuum, wenn freie Elektronen da sind, kann ein genug langsames Proton ein einzelnes freies Elektron aufnehmen, ein neutrales Wasserstoffatom werdend, das chemisch ein freier Radikaler ist. Solche "freien Wasserstoffatome" neigen dazu, chemisch mit vielen anderen Typen von Atomen zu reagieren, wenn die zwei in Kontakt eintreten und sich genug langsam bewegen.

Beschreibung

Protone sind spin-½ fermions und werden aus drei Quarken zusammengesetzt, sie baryons (ein Subtyp von hadrons) machend. Die zwei Quarke und ein unten wird das Quark des Protons durch die starke Kraft zusammengehalten, hat durch gluons vermittelt. Eine moderne Perspektive ließ das Proton der Wertigkeitsquarke (unten), der gluons und die vorübergehenden Paare von Seequarken zusammensetzen. Das Proton hat einen ungefähr exponential verfallenden positiven Anklage-Vertrieb mit einem Mittelquadratradius von ungefähr 0.8 davon.

Protone und Neutronen sind beide Nukleonen, die durch die Kernkraft in Atomkerne gebunden werden können. Der Kern des allgemeinsten Isotops des Wasserstoffatoms (mit dem chemischen Symbol "H") ist ein einsames Proton. Die Kerne des schweren schweren Wasserstoffisotop-Wasserstoffs und Tritiums enthalten ein Proton, das zu einem und zwei Neutronen beziehungsweise gebunden ist. Alle anderen Typen von Atomen werden aus zwei oder mehr Protonen und verschiedenen Zahlen von Neutronen zusammengesetzt.

Stabilität

Der spontane Zerfall von freien Protonen ist nie beobachtet worden, und das Proton wird deshalb als eine stabile Partikel betrachtet. Jedoch sagen einige großartige vereinigte Theorien der Partikel-Physik voraus, dass Protonenzerfall mit Lebenszeiten der Ordnung stattfinden sollte, und experimentelle Suchen niedrigere Grenzen auf der Mittellebenszeit des Protons für verschiedene angenommene Zerfall-Produkte gegründet haben.

Experimente am Super-Kamiokande Entdecker in Japan haben niedrigere Grenzen für das Proton Mittellebenszeit für den Zerfall zu einem antimuon und einem neutralen pion, und für den Zerfall zu einem Positron und einem neutralen pion vorgeschrieben.

Ein anderes Experiment an der Sudbury Neutrino-Sternwarte in Kanada hat nach Gammastrahlung gesucht, die sich aus restlichen Kernen ergibt, die sich aus dem Zerfall eines Protons von Sauerstoff 16 ergeben. Dieses Experiment wurde entworfen, um Zerfall zu jedem Produkt zu entdecken, und hat eine niedrigere Grenze zur Protonenlebenszeit dessen gegründet.

Jedoch, wie man bekannt, verwandeln sich Protone zu Neutronen durch den Prozess der Elektronfestnahme (auch genannt umgekehrten Beta-Zerfall). Für freie Protone kommt dieser Prozess spontan, aber nur nicht vor, wenn Energie geliefert wird. Die Gleichung ist:

: +  +

Der Prozess ist umkehrbar; Neutronen können sich zurück zu Protonen durch den Beta-Zerfall, eine Standardform des radioaktiven Zerfalls umwandeln. Tatsächlich verfällt ein freies Neutron diesen Weg mit einer Mittellebenszeit von ungefähr 15 Minuten.

Quarke und die Masse des Protons

Im Quant chromodynamics, der modernen Theorie der Kernkraft, wird der grösste Teil der Masse des Protons und des Neutrons durch die spezielle Relativität erklärt. Die Masse des Protons ist ungefähr achtzigmal größer als die Summe der Rest-Massen der Quarke, die es zusammensetzen, während die gluons Nullrest-Masse haben. Die Extraenergie der Quarke und gluons in einem Gebiet innerhalb eines Protons, verglichen mit der Rest-Energie der im QCD Vakuum allein Quarke, ist für fast 99 % der Masse verantwortlich. Die Rest-Masse des Protons, ist so, die invariant Masse des Systems von bewegenden Quarken und gluons, die die Partikel, und in solchen Systemen sogar zusammensetzen, die Energie von massless Partikeln wird noch als ein Teil der Rest-Masse des Systems gemessen.

Zwei Begriffe werden im Verweisen zur Masse der Quarke gebraucht, die Protone zusammensetzen: Aktuelle Quark-Masse bezieht sich auf die Masse eines Quarks allein, während konstituierende Quark-Masse auf die aktuelle Quark-Masse plus die Masse des gluon Partikel-Feldes Umgebung des Quarks verweist. Diese Massen haben normalerweise sehr verschiedene Werte. Wie bemerkt, kommt der grösste Teil einer Masse eines Protons aus den gluons, die die konstituierenden Quarke zusammen, aber nicht von den Quarken selbst binden. Während gluons von Natur aus massless sind, besitzen sie Energie — um, Quant chromodynamics Bindungsenergie (QCBE) spezifischer zu sein —, und es ist das, das so außerordentlich zur gesamten Masse des Protons beiträgt (sieh Masse in der speziellen Relativität). Ein Proton hat eine Masse von etwa 938 MeV/c, von denen die Rest-Masse seiner drei Wertigkeitsquarke nur ungefähr 11 MeV/c beiträgt; viel vom Rest kann dem QCBE der gluon zugeschrieben werden.

Die inneren Triebkräfte des Protons werden kompliziert, weil sie durch den wert seienden gluons der Quarke bestimmt werden, und mit verschiedenen Vakuumkondensaten aufeinander zu wirken. Gitter QCD stellt eine Weise zur Verfügung, die Masse des Protons direkt von der Theorie bis jede Genauigkeit im Prinzip zu berechnen. Die neusten Berechnungen behaupten, dass die Masse zu besser bestimmt wird als 4-%-Genauigkeit sogar zu 1-%-Genauigkeit (sieh Abbildung S5 in Dürr u. a.). Diese Ansprüche sind noch umstritten, weil die Berechnungen mit so leichten Quarken nicht noch getan werden können, wie sie in der echten Welt sind. Das bedeutet, dass die Vorhersagen durch einen Prozess der Extrapolation gefunden werden, die systematische Fehler einführen kann. Es ist hart zu erzählen, ob diese Fehler richtig kontrolliert werden, weil die Mengen, die im Vergleich zum Experiment sind, die Massen der hadrons sind, die im Voraus bekannt sind.

Diese neuen Berechnungen werden durch massive Supercomputer, und, wie bemerkt, von Boffi und Pasquini durchgeführt: "Ein Detaillieren der Nukleonenstruktur wird noch vermisst, weil... Langstreckenverhalten einen nonperturbative und/oder numerische Behandlung..." verlangt

Mehr Begriffsannäherungen an die Struktur des Protons sind: Die topologischen soliton nähern sich ursprünglich wegen Tony Skyrmes und der genaueren AdS/QCD-Annäherung, die es erweitert, um eine Schnur-Theorie von gluons, verschiedenen QCD-inspirierten Modellen wie das Tasche-Modell und das konstituierende Quark-Modell einzuschließen, die in den 1980er Jahren, und die SVZ-Summe-Regeln populär waren, die rau ungefähre Massenberechnungen berücksichtigen. Diese Methoden haben dieselbe Genauigkeit wie mehr Gitter der rohen Gewalt QCD Methoden mindestens noch nicht nicht.

Anklage-Radius

Der international akzeptierte Wert des Anklage-Radius des Protons ist (sieh Größenordnungen zum Vergleich zu anderen Größen). Dieser Wert basiert auf Maßen, die ein Proton und ein Elektron einschließen.

Jedoch, seit dem 5. Juli 2010, ist eine internationale Forschungsmannschaft im Stande gewesen, Maße zu machen, die ein Proton und einen negativ beladenen muon einschließen. Nach einer langen und sorgfältigen Analyse jener Maße hat die Mannschaft beschlossen, dass der Effektivwert-Anklage-Radius eines Protons ist", der sich durch 5.0 Standardabweichungen vom CODATA Wert dessen unterscheidet."

Die internationale Forschungsmannschaft, die dieses Ergebnis an Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen (die Schweiz) erhalten hat, schließt Wissenschaftler vom Institut von Max Planck für die Quant-Optik (MPQ) in Garching, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München und Institut für Strahlwerkzeuge (IFWS) vom Universität Stuttgart (beide von Deutschland), und die Universität von Coimbra, Portugal ein. Sie versuchen jetzt, die Diskrepanz zu erklären, und prüfen die Ergebnisse sowohl von vorherigen Maßen der hohen Präzision als auch von komplizierten Berechnungen nochmals. Wenn keine Fehler in den Maßen oder Berechnungen gefunden werden, konnte es notwendig sein, die genauste und am besten geprüfte grundsätzliche Theorie in der Welt nochmals zu prüfen: Quant-Elektrodynamik.

Proton in der Chemie

Atomnummer

In der Chemie ist die Zahl von Protonen im Kern eines Atoms als die Atomnummer bekannt, die das chemische Element bestimmt, dem das Atom gehört. Zum Beispiel ist die Atomnummer des Chlors 17; das bedeutet, dass jedes Chlor-Atom 17 Protone hat, und dass alle Atome mit 17 Protonen Chlor-Atome sind. Die chemischen Eigenschaften jedes Atoms werden durch die Zahl (negativ beladen) Elektronen bestimmt, der für neutrale Atome der Zahl von (positiven) Protonen gleich ist, so dass die Gesamtanklage Null ist. Zum Beispiel hat ein neutrales Chlor-Atom 17 Protone und 17 Elektronen, wohingegen ein negatives Ion der Kl. 17 Protone und 18 Elektronen für eine Gesamtanklage 1 hat.

Alle Atome eines gegebenen Elements sind jedoch nicht notwendigerweise identisch, weil sich die Zahl von Neutronen ändern kann, um verschiedene Isotope zu bilden, und sich Energieniveaus unterscheiden können, verschiedenen Kernisomers bildend. Zum Beispiel gibt es zwei stabile Isotope des Chlors: mit 35 - 17 = 18 Neutronen und mit 37 - 17 = 20 Neutronen.

Wasserstoffion

In der Chemie bezieht sich der Begriff Proton auf das Wasserstoffion. Da die Atomnummer von Wasserstoff 1 ist, hat ein Wasserstoffion keine Elektronen und entspricht einem bloßen Kern, aus einem Proton (und 0 Neutronen für das reichlichste Isotop protium) bestehend. Das Proton ist eine "bloße Anklage" mit nur über 1/64,000 des Radius eines Wasserstoffatoms, und ist chemisch äußerst reaktiv auch. Das freie Proton hat so eine äußerst kurze Lebenszeit in chemischen Systemen wie Flüssigkeiten, und es reagiert sofort mit der Elektronwolke jedes verfügbaren Moleküls. In der wässrigen Lösung bildet es das hydronium Ion, HO, der der Reihe nach weiter solvated durch Wassermoleküle in Trauben wie [HO] und [HO] ist.

Die Übertragung in einer Sauer-Grundreaktion wird gewöhnlich "Protonenübertragung" genannt. Die Säure wird einen Protonenspender und die Basis als ein Protonenannehmer genannt. Ebenfalls beziehen sich biochemische Begriffe wie Protonenpumpe und Protonenkanal auf die Bewegung von wasserhaltigen Ionen.

Das erzeugte Ion durch das Entfernen des Elektrons von einem Atom des schweren Wasserstoffs ist als ein deuteron, nicht ein Proton bekannt. Ebenfalls erzeugt das Entfernen eines Elektrons von einem Tritium-Atom einen triton.

protonenkernspinresonanz (NMR)

Auch in der Chemie verweist der Begriff "Proton-NMR" auf die Beobachtung von Wasserstoff 1 Kerne in (größtenteils organischen) Molekülen durch die Kernkernspinresonanz. Diese Methode verwendet die Drehung des Protons, das den Wert eine Hälfte hat. Der Name bezieht sich auf die Überprüfung von Protonen, weil sie in protium (Wasserstoff 1 Atome) in Zusammensetzungen vorkommen, und nicht andeutet, dass freie Protone in der Zusammensetzung bestehen, die wird studiert.

Geschichte

Das Konzept einer wasserstoffähnlichen Partikel als ein Bestandteil anderer Atome wurde im Laufe eines langen Zeitraumes entwickelt. Schon in 1815 hat William Prout vorgeschlagen, dass alle Atome aus Wasserstoffatomen zusammengesetzt werden, die auf einer vereinfachten Interpretation von frühen Werten von Atomgewichten gestützt sind (sieh die Hypothese von Prout), der widerlegt wurde, als genauere Werte gemessen wurden.

1886 hat Eugen Goldstein Kanal-Strahlen (auch bekannt als Anode-Strahlen) entdeckt und hat gezeigt, dass sie positiv beladene Partikeln von Benzin erzeugte (Ionen) waren. Jedoch, da Partikeln von verschiedenem Benzin verschiedene Werte des Verhältnisses der Anklage zur Masse (e/m) hatten, konnten sie nicht mit einer einzelnen Partikel verschieden von den negativen von J. J. Thomson entdeckten Elektronen identifiziert werden.

Im Anschluss an die Entdeckung des Atomkerns durch Ernest Rutherford 1911 hat Antonius van den Broek vorgeschlagen, dass der Platz jedes Elements im Periodensystem (seine Atomnummer) seiner Kernanklage gleich ist. Das wurde experimentell von Henry Moseley 1913 mit Röntgenstrahl-Spektren bestätigt.

1917, (in Experimenten hat 1919 berichtet), hat Rutherford bewiesen, dass der Wasserstoffkern in anderen Kernen, ein als die Entdeckung des Protons gewöhnlich beschriebenes Ergebnis da ist. Rutherford hatte früher gelernt, Wasserstoffkerne als ein Typ der Radiation erzeugt als ein Produkt des Einflusses von Alphateilchen auf Wasserstoffbenzin zu erzeugen, und sie durch ihre einzigartige Durchdringen-Unterschrift in Luft und ihr Äußeres in scintilation Entdeckern anzuerkennen.

Später hat Rutherford bemerkt, dass, als Alphateilchen in Luft (größtenteils Stickstoff) geschossen wurden, und (nach dem Experimentieren), als Alphas in reines Stickstoff-Benzin erzeugt wurden, seine Funkeln-Entdecker die Unterschriften von typischen Wasserstoffkernen als ein Produkt gezeigt haben. Rutherford hat beschlossen, dass dieser Wasserstoff nur aus dem Stickstoff gekommen sein könnte, und deshalb Stickstoff Wasserstoffkerne enthalten muss. Ein Wasserstoffkern wurde durch den Einfluss des Alphateilchens abgeschlagen, Sauerstoff 17 im Prozess erzeugend. Das war die erste berichtete Kernreaktion, N + α  O + p.

Rutherford hat Wasserstoff gewusst, das einfachste und leichteste Element zu sein, und war unter Einfluss des Gesetzes von Prout. Entdeckung, dass der Wasserstoffkern in allen anderen Kernen als eine elementare Partikel da ist, hat Rutherford dazu gebracht, ihm einen speziellen Namen als eine Partikel zu geben, seitdem er vermutet hat, dass Wasserstoff, das leichteste Element, nur eine dieser Partikeln enthalten hat. Er hat diesen neuen grundsätzlichen Baustein des Kerns das Proton, nach dem sächlichen einzigartigen vom griechischen Wort für "den ersten",  genannt. Der erste Gebrauch des Wortes "Proton" in der wissenschaftlichen Literatur erscheint 1920.

Aussetzung

Apollo Lunar Surface Experiments Packages (ALSEP) haben beschlossen, dass mehr als 95 % der Partikeln im Sonnenwind Elektronen und Protone in ungefähr gleichen Anzahlen sind.

Protone kommen auch in vom extrasolar Ursprung im Raum von galaktischen kosmischen Strahlen vor, wo sie ungefähr 90 % des Gesamtpartikel-Flusses zusammensetzen. Diese Protone haben häufig höhere Energie als Sonnenwindprotone, aber ihre Intensität ist viel gleichförmiger und weniger Variable als Protone, die aus der Sonne kommen, deren Produktion durch Sonnenprotonenereignisse wie Kranz-Massenausweisungen schwer betroffen wird.

Forschung ist auf den Effekten der Dosis-Rate von Protonen, wie normalerweise gefunden, in der Raumfahrt auf der menschlichen Gesundheit durchgeführt worden. Um spezifischer zu sein, gibt es Hoffnungen zu identifizieren, welche spezifische Chromosomen beschädigt werden, und den Schaden während der Krebs-Entwicklung von der Protonenaussetzung zu definieren. Eine andere Studie blickt in Bestimmung "der Effekten der Aussetzung vom Protonenausstrahlen auf neurochemical und Verhaltensendpunkten, einschließlich Dopaminergic-Wirkung, Amphetamin-veranlassten bedingten Geschmack-Abneigungslernens, und Raumlernens und Gedächtnisses, wie gemessen, durch den Wasserirrgarten von Morris." Die elektrische Aufladung eines Raumfahrzeugs wegen der interplanetarischen Protonenbeschießung ist auch für die Studie vorgeschlagen worden. Es gibt noch viele Studien, die der Raumfahrt, einschließlich galaktischer kosmischer Strahlen und ihrer möglichen Gesundheitseffekten und Sonnenprotonenereignis-Aussetzung gehören.

Der amerikanische Biostack und die sowjetischen Biorack Raumfahrt-Experimente haben die Strenge des molekularen Schadens demonstriert, der durch schwere Ionen auf Mikroorganismen einschließlich Zysten von Artemia veranlasst ist.

Antiproton

CPT-Symmetrie stellt starke Einschränkungen auf die Verhältniseigenschaften von Partikeln und Antiteilchen und ist deshalb für strenge Tests offen. Zum Beispiel müssen die Anklagen des Protons und Antiprotons zu genau Null-resümieren. Diese Gleichheit ist zu einem Teil darin geprüft worden. Die Gleichheit ihrer Massen ist auch zu besser geprüft worden als ein Teil darin. Durch das Halten von Antiprotonen in einer Einpferchen-Falle ist die Gleichheit der Anklage zum Massenverhältnis des Protons und des Antiprotons zu einem Teil darin geprüft worden. Der magnetische Moment des Antiprotons ist mit dem Fehler von Kernbohr magnetons gemessen worden und wird gefunden, gleich zu sein, und gegenüber diesem des Protons.

Siehe auch

• Kosmischer Strahl
• Elektron
• Feld von Fermion
• Wasserstoff
• Hydron (Chemie)
• Liste von Partikeln
• Neutron
• Partikel-Physik
• Protonenzerfall
• Protonenproton-Kettenreaktion
• Protonentherapie
• Quark-Modell
• Subatomare Partikel

Links

• Particle Data Group
• Großer Hadron Collider