Protonen sind subatomare Teilchen, die zusammen mit Neutronen den Kern oder den zentralen Teil eines Atoms bilden. Der Rest des Atoms besteht aus Elektronen, die den Kern umkreisen, ähnlich wie die Erde die Sonne umkreist. Protonen können auch außerhalb eines Atoms, in der Atmosphäre oder im Weltraum existieren.
1920 bestätigte der Physiker Earnest Rutherford experimentell die Existenz des Protons und benannte es.
Physikalische Eigenschaften
Protonen haben etwas weniger Masse als die Neutronen im Kern, aber sie sind 1.836-mal massereicher als Elektronen. Die tatsächliche Masse des Protons beträgt 1,6726 x 10^-27 Kilogramm, was in der Tat eine sehr kleine Masse ist. Das Symbol "^-" steht für einen negativen Exponenten. Diese Zahl ist ein Dezimalpunkt gefolgt von 26 Nullen, dann die Zahl 16726. In Bezug auf die elektrische Ladung ist das Proton positiv.
Da es sich nicht um ein Basisteilchen handelt, besteht das Proton tatsächlich aus drei kleineren Teilchen, den Quarks.
Funktion im Atom
Die Protonen im Kern eines Atoms helfen, den Kern zusammenzuhalten. Sie ziehen auch die negativ geladenen Elektronen an und halten sie in der Umlaufbahn um den Kern. Die Anzahl der Protonen im Atomkern bestimmt, um welches chemische Element es sich handelt. Diese Zahl ist als Ordnungszahl bekannt; es wird häufig mit einem großen "Z" bezeichnet.
Experimentelle Verwendung
In großen Teilchenbeschleunigern beschleunigen Physiker Protonen auf sehr hohe Geschwindigkeiten und zwingen sie zur Kollision. Dadurch entstehen Kaskaden anderer Teilchen, deren Bahnen Physiker dann untersuchen. Das Teilchenphysiklabor CERN in der Schweiz kollidiert Protonen, um ihre innere Struktur mit einem Beschleuniger namens Large Hadron Collider (LHC) zu untersuchen. Diese Partikel werden von starken Magneten eingeschlossen, die sie in einem 27 Kilometer langen Ring in Bewegung halten, bevor sie kollidieren.
Ähnliche Experimente zielen darauf ab, in kleinem Maßstab die Formen der Materie nach dem Urknall nachzubilden.
Energie für Sterne
Im Inneren der Sonne und aller anderen Sterne verbinden sich Protonen durch Kernfusion mit anderen Protonen. Diese Fusion erfordert eine Temperatur von etwa 1 Million Grad Celsius. Diese hohe Temperatur bewirkt, dass zwei leichtere Partikel zu einem dritten Partikel verschmelzen. Die Masse des erzeugten Partikels ist geringer als die der beiden ursprünglichen Partikel zusammen.
Albert Einstein entdeckte 1905, dass Materie und Energie von einer Form in eine andere umgewandelt werden können. Dies erklärt, wie die fehlende Masse, die beim Fusionsprozess verloren geht, als Energie erscheint, die der Stern abgibt. So treibt die Verschmelzung von Protonen Sterne an.