Protonenmasse.

DEFINITION

Proton bezeichnet ein stabiles Teilchen der Klasse der Hadronen, das den Kern eines Wasserstoffatoms darstellt.

Wissenschaftler sind sich nicht einig darüber, welches wissenschaftliche Ereignis als Entdeckung des Protons anzusehen ist. Eine wichtige Rolle bei der Entdeckung des Protons spielten:

1. Erstellung eines Planetenmodells des Atoms durch E. Rutherford;
2. Entdeckung von Isotopen durch F. Soddy, J. Thomson, F. Aston;
3. Beobachtungen des Verhaltens der Kerne von Wasserstoffatomen, wenn sie durch Alphateilchen aus Stickstoffkernen herausgeschlagen werden, von E. Rutherford.

Die ersten Fotos von Protonenspuren wurden von P. Blackett in einer Nebelkammer aufgenommen, während er die Prozesse der künstlichen Transformation von Elementen untersuchte. Blackett untersuchte den Prozess des Einfangens von Alphateilchen durch Stickstoffkerne. Dabei wurde ein Proton emittiert und der Stickstoffkern in ein Sauerstoffisotop umgewandelt.

Protonen sind zusammen mit Neutronen Teil der Kerne aller chemischen Elemente. Die Anzahl der Protonen im Kern bestimmt die Ordnungszahl des Elements im Periodensystem D.I. Mendelejew.

Ein Proton ist ein positiv geladenes Teilchen. Seine Ladung entspricht betragsmäßig der Elementarladung, also dem Wert der Elektronenladung. Die Ladung eines Protons wird oft als bezeichnet, dann können wir Folgendes schreiben:

Derzeit geht man davon aus, dass das Proton kein Elementarteilchen ist. Es hat eine komplexe Struktur und besteht aus zwei U-Quarks und einem D-Quark. Die elektrische Ladung eines U-Quarks () ist positiv und gleich

Die elektrische Ladung eines D-Quarks () ist negativ und gleich:

Quarks verbinden den Austausch von Gluonen, die Feldquanten sind; sie unterliegen einer starken Wechselwirkung. Die Tatsache, dass Protonen in ihrer Struktur mehrere Punktstreuzentren haben, wird durch Experimente zur Streuung von Elektronen an Protonen bestätigt.

Das Proton hat eine endliche Größe, worüber Wissenschaftler immer noch streiten. Derzeit wird das Proton als Wolke mit verschwommener Grenze dargestellt. Eine solche Grenze besteht aus ständig entstehenden und vernichtenden virtuellen Teilchen. Aber bei den meisten einfachen Problemen kann ein Proton natürlich als Punktladung betrachtet werden. Die Ruhemasse eines Protons () ist ungefähr gleich:

Die Masse eines Protons ist 1836-mal größer als die Masse eines Elektrons.

Protonen nehmen an allen fundamentalen Wechselwirkungen teil: Starke Wechselwirkungen vereinen Protonen und Neutronen zu Kernen, Elektronen und Protonen verbinden sich durch elektromagnetische Wechselwirkungen zu Atomen. Als schwache Wechselwirkung können wir beispielsweise den Beta-Zerfall eines Neutrons (n) nennen:

wobei p ein Proton ist; — Elektron; - Antineutrino.

Der Protonenzerfall wurde noch nicht erreicht. Dies ist eines der wichtigsten modernen Probleme der Physik, da diese Entdeckung einen bedeutenden Schritt zum Verständnis der Einheit der Naturkräfte darstellen würde.

Beispiele für Problemlösungen

BEISPIEL 1

Übung	Die Kerne des Natriumatoms werden mit Protonen beschossen. Wie groß ist die Kraft der elektrostatischen Abstoßung eines Protons vom Atomkern, wenn sich das Proton in einiger Entfernung befindet? m. Bedenken Sie, dass die Ladung des Kerns eines Natriumatoms 11-mal größer ist als die Ladung eines Protons. Der Einfluss der Elektronenhülle des Natriumatoms kann vernachlässigt werden.
Lösung	Als Grundlage für die Lösung des Problems nehmen wir das Coulombsche Gesetz, das sich für unser Problem (unter der Annahme, dass die Teilchen punktförmig sind) wie folgt schreiben lässt: wobei F die Kraft der elektrostatischen Wechselwirkung geladener Teilchen ist; Cl ist die Protonenladung; - Ladung des Kerns des Natriumatoms; - Dielektrizitätskonstante des Vakuums; - elektrische Konstante. Anhand der uns vorliegenden Daten können wir die erforderliche Abstoßungskraft berechnen:
Antwort	N

BEISPIEL 2

Früher glaubte man, dass die kleinste Struktureinheit einer Substanz ein Molekül sei. Dann, mit der Erfindung leistungsfähigerer Mikroskope, entdeckte die Menschheit überraschend das Konzept eines Atoms – eines zusammengesetzten Teilchens aus Molekülen. Es scheint viel weniger zu sein? Inzwischen stellte sich noch später heraus, dass das Atom wiederum aus kleineren Elementen besteht.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckte ein britischer Physiker das Vorhandensein von Kernen im Atom – zentrale Strukturen. Es war dieser Moment, der den Beginn einer Reihe endloser Entdeckungen über die Struktur des kleinsten Strukturelements der Materie markierte.

Basierend auf dem Kernmodell und dank zahlreicher Studien ist heute bekannt, dass das Atom aus einem Kern besteht, der von umgeben ist Elektronen Wolke. Eine solche „Wolke“ enthält Elektronen, also Elementarteilchen mit negativer Ladung. Der Kern hingegen enthält Teilchen mit einer elektrisch positiven Ladung, genannt Protonen. Der oben bereits erwähnte britische Physiker konnte dieses Phänomen beobachten und anschließend beschreiben. Im Jahr 1919 führte er ein Experiment durch, bei dem Alphateilchen Wasserstoffkerne aus den Kernen anderer Elemente herausschlugen. So konnte er herausfinden und beweisen, dass Protonen nichts anderes als ein Kern ohne ein einzelnes Elektron sind. In der modernen Physik werden Protonen durch das Symbol p oder p+ (was eine positive Ladung bezeichnet) symbolisiert.

Proton bedeutet aus dem Griechischen übersetzt „erstes, wichtigstes“ – ein zur Klasse gehörendes Elementarteilchen Baryonen, diese. relativ schwer Es ist eine stabile Struktur, ihre Lebensdauer beträgt mehr als 2,9 x 10(29) Jahre.

Streng genommen enthält es neben dem Proton auch Neutronen, die dem Namen nach neutral geladen sind. Beide Elemente werden aufgerufen Nukleonen.

Die Masse des Protons konnte aufgrund offensichtlicher Umstände lange Zeit nicht gemessen werden. Jetzt ist bekannt, dass es so ist

Schmp. = 1,67262∙10-27 kg.

Genau so sieht die Ruhemasse eines Protons aus.

Betrachten wir nun das Verständnis der Protonenmasse, das für verschiedene Bereiche der Physik spezifisch ist.

Die Masse eines Teilchens nimmt im Rahmen der Kernphysik oft eine andere Form an; ihre Maßeinheit ist amu.

A.e.m. - atomare Masseneinheit. Ein Amu entspricht 1/12 der Masse eines Kohlenstoffatoms, dessen Massenzahl 12 beträgt. Daher entspricht 1 atomare Masseneinheit 1,66057 · 10-27 kg.

Die Masse eines Protons sieht also so aus:

mp = 1,007276 a. essen.

Es gibt eine andere Möglichkeit, die Masse dieses positiv geladenen Teilchens auszudrücken, indem man andere Maßeinheiten verwendet. Dazu müssen Sie zunächst die Äquivalenz von Masse und Energie E=mc2 als Axiom akzeptieren. Wobei c – und m die Körpermasse ist.

Die Protonenmasse wird in diesem Fall in Megaelektronenvolt oder MeV gemessen. Diese Maßeinheit wird ausschließlich in der Kern- und Atomphysik verwendet und dient zur Messung der Energie, die nötig ist, um ein Teilchen zwischen zwei Punkten in C zu transportieren, unter der Bedingung, dass die Potentialdifferenz zwischen diesen Punkten 1 Volt beträgt.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass 1 a.u.m. = 931,494829533852 MeV, die Protonenmasse beträgt ungefähr

Diese Schlussfolgerung wurde auf der Grundlage massenspektroskopischer Messungen gezogen, und es ist die Masse in der oben angegebenen Form, die üblicherweise auch als e bezeichnet wird Ruheenergie des Protons.

Je nach den Anforderungen des Experiments kann die Masse des kleinsten Teilchens in drei verschiedenen Werten und in drei verschiedenen Maßeinheiten ausgedrückt werden.

Darüber hinaus kann die Masse eines Protons relativ zur Masse eines Elektrons ausgedrückt werden, das bekanntlich viel „schwerer“ ist als ein positiv geladenes Teilchen. Mit einer groben Berechnung und erheblichen Fehlern beträgt die Masse in diesem Fall 1836,152672 relativ zur Masse des Elektrons.

Protonen nehmen an thermonuklearen Reaktionen teil, die die Hauptenergiequelle von Sternen darstellen. Insbesondere Reaktionen S-Zyklus, der die Quelle fast der gesamten von der Sonne emittierten Energie ist, beruht auf der Vereinigung von vier Protonen zu einem Helium-4-Kern mit der Umwandlung von zwei Protonen in Neutronen.

In der Physik wird Proton bezeichnet P(oder P+ ). Die chemische Bezeichnung des Protons (als positives Wasserstoffion betrachtet) ist H +, die astrophysikalische Bezeichnung ist HII.

Öffnung [ | ]

Protoneneigenschaften[ | ]

Das Verhältnis der Protonen- und Elektronenmassen beträgt 1836,152 673 89(17) und entspricht mit einer Genauigkeit von 0,002 % dem Wert 6π 5 = 1836,118...

Die innere Struktur des Protons wurde erstmals von R. Hofstadter experimentell untersucht, indem er Kollisionen eines Strahls hochenergetischer Elektronen (2 GeV) mit Protonen untersuchte (Nobelpreis für Physik 1961). Das Proton besteht aus einem schweren Kern (Kern) mit einem Radius von cm, mit hoher Massen- und Ladungsdichte, tragend ≈ 35 % (\displaystyle \ca. 35\%) elektrische Ladung des Protons und der relativ dünnen Hülle, die es umgibt. In einiger Entfernung von ≈ 0, 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ca. 0,25\cdot 10^(-13)) Vor ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ approx 1.4\cdot 10^(-13)) cm Diese Schale besteht hauptsächlich aus virtuellen ρ- und π-Mesonen, die tragen ≈ 50 % (\displaystyle \ca. 50\%) elektrische Ladung des Protons, dann auf die Entfernung ≈ 2, 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ approx 2.5\cdot 10^(-13)) cm erweitert eine Hülle aus virtuellen ω- und π-Mesonen, die etwa 15 % der elektrischen Ladung des Protons tragen.

Der Druck im Zentrum des von Quarks erzeugten Protons beträgt etwa 10 35 Pa (10 30 Atmosphären) und ist damit höher als der Druck im Inneren von Neutronensternen.

Das magnetische Moment eines Protons wird gemessen, indem das Verhältnis der Resonanzfrequenz der Präzession des magnetischen Moments des Protons in einem gegebenen gleichmäßigen Magnetfeld und der Zyklotronfrequenz der kreisförmigen Umlaufbahn des Protons in demselben Feld gemessen wird.

Mit einem Proton sind drei physikalische Größen verbunden, die die Dimension Länge haben:

Messungen des Protonenradius mit gewöhnlichen Wasserstoffatomen, die seit den 1960er Jahren mit verschiedenen Methoden durchgeführt wurden, führten (CODATA -2014) zu dem Ergebnis 0,8751 ± 0,0061 Femtometer(1 fm = 10 −15 m). Die ersten Experimente mit myonischen Wasserstoffatomen (bei denen das Elektron durch ein Myon ersetzt wird) ergaben für diesen Radius ein um 4 % kleineres Ergebnis: 0,84184 ± 0,00067 fm. Die Gründe für diesen Unterschied sind noch unklar.

Das sogenannte Proton Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, was seine Teilnahme an schwachen Wechselwirkungen durch Austausch bestimmt Z 0-Boson (ähnlich wie die elektrische Ladung eines Teilchens seine Teilnahme an elektromagnetischen Wechselwirkungen durch den Austausch eines Photons bestimmt) beträgt 0,0719 ± 0,0045, gemäß experimentellen Messungen der Paritätsverletzung bei der Streuung polarisierter Elektronen an Protonen. Der gemessene Wert stimmt innerhalb des experimentellen Fehlers mit den theoretischen Vorhersagen des Standardmodells überein (0,0708 ± 0,0003).

Stabilität [ | ]

Das freie Proton ist stabil, experimentelle Studien haben keine Anzeichen seines Zerfalls ergeben (Untergrenze der Lebensdauer beträgt 2,9⋅10 29 Jahre unabhängig vom Zerfallskanal, 8,2⋅10 33 Jahre für den Zerfall in ein Positron und neutrales Pion, 6,6⋅ 10 33 Jahre für den Zerfall in ein positives Myon und ein neutrales Pion). Da das Proton das leichteste Baryon ist, ist die Stabilität des Protons eine Folge des Gesetzes der Erhaltung der Baryonenzahl – ein Proton kann nicht in leichtere Teilchen (zum Beispiel in ein Positron und ein Neutrino) zerfallen, ohne dieses Gesetz zu verletzen. Viele theoretische Erweiterungen des Standardmodells sagen jedoch (noch nicht beobachtete) Prozesse voraus, die zu einer Nichterhaltung der Baryonenzahl und damit zum Protonenzerfall führen würden.

Ein in einem Atomkern gebundenes Proton ist in der Lage, ein Elektron aus der Elektronen-K-, L- oder M-Schale des Atoms einzufangen (sog. „Elektroneneinfang“). Ein Proton des Atomkerns verwandelt sich, nachdem es ein Elektron aufgenommen hat, in ein Neutron und emittiert gleichzeitig ein Neutrino: p+e − →+ν e . Ein durch Elektroneneinfang gebildetes „Loch“ in der K-, L- oder M-Schicht wird mit einem Elektron aus einer der darüber liegenden Elektronenschichten des Atoms gefüllt und emittiert charakteristische Röntgenstrahlen, die der Ordnungszahl entsprechen Z− 1 und/oder Auger-Elektronen. Über 1000 Isotope von 7 sind bekannt
4 bis 262
105, zerfällt durch Elektroneneinfang. Bei ausreichend hohen verfügbaren Zerfallsenergien (oben 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) öffnet sich ein konkurrierender Zerfallskanal – der Positronenzerfall p → +e ++ν e . Es sollte betont werden, dass diese Prozesse nur für ein Proton in einigen Kernen möglich sind, wo die fehlende Energie durch den Übergang des resultierenden Neutrons in eine niedrigere Kernhülle wieder aufgefüllt wird; für ein freies Proton sind sie durch das Energieerhaltungsgesetz verboten.

Die Protonenquelle in der Chemie sind Mineralsäuren (Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und andere) und organische Säuren (Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure und andere). In einer wässrigen Lösung können Säuren unter Abspaltung eines Protons dissoziieren und ein Hydroniumkation bilden.

In der Gasphase werden Protonen durch Ionisierung gewonnen – die Entfernung eines Elektrons aus einem Wasserstoffatom. Das Ionisierungspotential eines nicht angeregten Wasserstoffatoms beträgt 13,595 eV. Wenn molekularer Wasserstoff bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur durch schnelle Elektronen ionisiert wird, entsteht zunächst das molekulare Wasserstoffion (H 2 +) – ein physikalisches System bestehend aus zwei Protonen, die im Abstand von 1,06 durch ein Elektron zusammengehalten werden. Die Stabilität eines solchen Systems wird laut Pauling durch die Resonanz eines Elektrons zwischen zwei Protonen mit einer „Resonanzfrequenz“ von 7·10 14 s −1 verursacht. Wenn die Temperatur auf mehrere tausend Grad ansteigt, ändert sich die Zusammensetzung der Wasserstoffionisierungsprodukte zugunsten von Protonen – H +.

Anwendung [ | ]

Strahlen beschleunigter Protonen werden in der experimentellen Physik von Elementarteilchen (Untersuchung von Streuprozessen und Erzeugung von Strahlen anderer Teilchen) und in der Medizin (Protonentherapie bei Krebs) eingesetzt.

siehe auch [ | ]

Anmerkungen [ | ]

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Grundlegende physikalische Konstanten --- Vollständige Auflistung
2. CODATA-Wert: Protonenmasse
3. CODATA-Wert: Protonenmasse in u
4. Ahmed S.; et al. (2004). „Einschränkungen des Nukleonenzerfalls über unsichtbare Moden vom Sudbury Neutrino Observatory.“ Briefe zur körperlichen Untersuchung. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
5. CODATA-Wert: Protonenmassenenergieäquivalent in MeV
6. CODATA-Wert: Protonen-Elektronen-Massenverhältnis
7. , Mit. 67.
8. Hofstadter P. Struktur von Kernen und Nukleonen // Phys. - 1963. - T. 81, Nr. 1. - S. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Schtschelkin K. I. Virtuelle Prozesse und die Struktur des Nukleons // Physik der Mikrowelt - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
10. Elastische Streuung, periphere Wechselwirkungen und Resonanzen // Hochenergetische Teilchen. Hohe Energien im Weltraum und in Laboratorien – M.: Nauka, 1965. – S. 132.

, elektromagnetisch und gravitativ

Protonen nehmen an thermonuklearen Reaktionen teil, die die Hauptenergiequelle von Sternen darstellen. Insbesondere Reaktionen S-Zyklus, der die Quelle fast der gesamten von der Sonne emittierten Energie ist, beruht auf der Vereinigung von vier Protonen zu einem Helium-4-Kern mit der Umwandlung von zwei Protonen in Neutronen.

In der Physik wird Proton bezeichnet P(oder P+ ). Die chemische Bezeichnung des Protons (als positives Wasserstoffion betrachtet) ist H +, die astrophysikalische Bezeichnung ist HII.

Öffnung

Protoneneigenschaften

Das Verhältnis der Protonen- und Elektronenmassen beträgt 1836,152 673 89(17) und entspricht mit einer Genauigkeit von 0,002 % dem Wert 6π 5 = 1836,118...

Die innere Struktur des Protons wurde erstmals von R. Hofstadter experimentell untersucht, indem er Kollisionen eines Strahls hochenergetischer Elektronen (2 GeV) mit Protonen untersuchte (Nobelpreis für Physik 1961). Das Proton besteht aus einem schweren Kern (Kern) mit einem Radius von cm, mit hoher Massen- und Ladungsdichte, tragend ≈ 35 % (\displaystyle \ca. 35\,\%) elektrische Ladung des Protons und der relativ dünnen Hülle, die es umgibt. In einiger Entfernung von ≈ 0 , 25 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ approx 0(,)25\cdot 10^(-13)) Vor ≈ 1 , 4 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ approx 1(,)4\cdot 10^(-13)) cm Diese Schale besteht hauptsächlich aus virtuellen ρ- und π-Mesonen, die tragen ≈ 50 % (\displaystyle \ca. 50\,\%) elektrische Ladung des Protons, dann auf die Entfernung ≈ 2 , 5 ⋅ 10 − 13 (\displaystyle \ approx 2(,)5\cdot 10^(-13)) cm erweitert eine Hülle aus virtuellen ω- und π-Mesonen, die etwa 15 % der elektrischen Ladung des Protons tragen.

Der Druck im Zentrum des von Quarks erzeugten Protons beträgt etwa 10 35 Pa (10 30 Atmosphären) und ist damit höher als der Druck im Inneren von Neutronensternen.

Das magnetische Moment eines Protons wird gemessen, indem das Verhältnis der Resonanzfrequenz der Präzession des magnetischen Moments des Protons in einem gegebenen gleichmäßigen Magnetfeld und der Zyklotronfrequenz der kreisförmigen Umlaufbahn des Protons in demselben Feld gemessen wird.

Mit einem Proton sind drei physikalische Größen verbunden, die die Dimension Länge haben:

Messungen des Protonenradius mit gewöhnlichen Wasserstoffatomen, die seit den 1960er Jahren mit verschiedenen Methoden durchgeführt wurden, führten (CODATA -2014) zu dem Ergebnis 0,8751 ± 0,0061 Femtometer(1 fm = 10 −15 m). Die ersten Experimente mit myonischen Wasserstoffatomen (bei denen das Elektron durch ein Myon ersetzt wird) ergaben für diesen Radius ein um 4 % kleineres Ergebnis: 0,84184 ± 0,00067 fm. Die Gründe für diesen Unterschied sind noch unklar.

Die sogenannte schwache Ladung des Protons Q w ≈ 1 − 4 sin 2 θ W, was seine Teilnahme an schwachen Wechselwirkungen durch Austausch bestimmt Z 0-Boson (ähnlich wie die elektrische Ladung eines Teilchens seine Teilnahme an elektromagnetischen Wechselwirkungen durch den Austausch eines Photons bestimmt) beträgt 0,0719 ± 0,0045, gemäß experimentellen Messungen der Paritätsverletzung bei der Streuung polarisierter Elektronen an Protonen. Der gemessene Wert stimmt innerhalb des experimentellen Fehlers mit den theoretischen Vorhersagen des Standardmodells überein (0,0708 ± 0,0003).

Stabilität

Das freie Proton ist stabil, experimentelle Studien haben keine Anzeichen seines Zerfalls ergeben (Untergrenze der Lebensdauer beträgt 2,9⋅10 29 Jahre unabhängig vom Zerfallskanal, 8,2⋅10 33 Jahre für den Zerfall in ein Positron und neutrales Pion, 6,6⋅ 10 33 Jahre für den Zerfall in ein positives Myon und ein neutrales Pion). Da das Proton das leichteste Baryon ist, ist die Stabilität des Protons eine Folge des Gesetzes der Erhaltung der Baryonenzahl – ein Proton kann nicht in leichtere Teilchen (zum Beispiel in ein Positron und ein Neutrino) zerfallen, ohne dieses Gesetz zu verletzen. Viele theoretische Erweiterungen des Standardmodells sagen jedoch (noch nicht beobachtete) Prozesse voraus, die zu einer Nichterhaltung der Baryonenzahl und damit zum Protonenzerfall führen würden.

Ein in einem Atomkern gebundenes Proton ist in der Lage, ein Elektron aus der Elektronen-K-, L- oder M-Schale des Atoms einzufangen (sog. „Elektroneneinfang“). Ein Proton des Atomkerns verwandelt sich, nachdem es ein Elektron aufgenommen hat, in ein Neutron und emittiert gleichzeitig ein Neutrino: p+e − →+ν e . Ein durch Elektroneneinfang gebildetes „Loch“ in der K-, L- oder M-Schicht wird mit einem Elektron aus einer der darüber liegenden Elektronenschichten des Atoms gefüllt und emittiert charakteristische Röntgenstrahlen, die der Ordnungszahl entsprechen Z− 1 und/oder Auger-Elektronen. Über 1000 Isotope von 7 sind bekannt
4 bis 262
105, zerfällt durch Elektroneneinfang. Bei ausreichend hohen verfügbaren Zerfallsenergien (oben 2m e c 2 ≈ 1,022 MeV) öffnet sich ein konkurrierender Zerfallskanal – der Positronenzerfall p → +e ++ν e . Es sollte betont werden, dass diese Prozesse nur für ein Proton in einigen Kernen möglich sind, wo die fehlende Energie durch den Übergang des resultierenden Neutrons in eine niedrigere Kernhülle wieder aufgefüllt wird; für ein freies Proton sind sie durch das Energieerhaltungsgesetz verboten.

Die Protonenquelle in der Chemie sind Mineralsäuren (Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und andere) und organische Säuren (Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure und andere). In einer wässrigen Lösung können Säuren unter Abspaltung eines Protons dissoziieren und ein Hydroniumkation bilden.

In der Gasphase werden Protonen durch Ionisierung gewonnen – die Entfernung eines Elektrons aus einem Wasserstoffatom. Das Ionisierungspotential eines nicht angeregten Wasserstoffatoms beträgt 13,595 eV. Wenn molekularer Wasserstoff bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur durch schnelle Elektronen ionisiert wird, entsteht zunächst das molekulare Wasserstoffion (H 2 +) – ein physikalisches System bestehend aus zwei Protonen, die im Abstand von 1,06 durch ein Elektron zusammengehalten werden. Die Stabilität eines solchen Systems wird laut Pauling durch die Resonanz eines Elektrons zwischen zwei Protonen mit einer „Resonanzfrequenz“ von 7·10 14 s −1 verursacht. Wenn die Temperatur auf mehrere tausend Grad ansteigt, ändert sich die Zusammensetzung der Wasserstoffionisierungsprodukte zugunsten von Protonen – H +.

Anwendung

siehe auch

Anmerkungen

1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Grundlegende physikalische Konstanten --- Vollständige Auflistung
2. CODATA-Wert: Protonenmasse
3. CODATA-Wert: Protonenmasse in u
4. Ahmed S.; et al. (2004). „Einschränkungen des Nukleonenzerfalls über unsichtbare Moden vom Sudbury Neutrino Observatory.“ Briefe zur körperlichen Untersuchung. 92 (10): 102004. arXiv: hep-ex/0310030. Bibcode:2004PhRvL..92j2004A. DOI:10.1103/PhysRevLett.92.102004. PMID.
5. CODATA-Wert: Protonenmassenenergieäquivalent in MeV
6. CODATA-Wert: Protonen-Elektronen-Massenverhältnis
7. , Mit. 67.
8. Hofstadter P. Struktur von Kernen und Nukleonen // Phys. - 1963. - T. 81, Nr. 1. - S. 185-200. - ISSN. - URL: http://ufn.ru/ru/articles/1963/9/e/
9. Schtschelkin K. I. Virtuelle Prozesse und die Struktur des Nukleons // Physik der Mikrowelt - M.: Atomizdat, 1965. - S. 75.
10. Schdanow G. B. Elastische Streuung, periphere Wechselwirkungen und Resonanzen // Hochenergetische Teilchen. Hohe Energien im Weltraum und in Laboratorien – M.: Nauka, 1965. – S. 132.
11. Burkert V. D., Elouadrhiri L., Girod F. X. Die Druckverteilung im Proton // Natur. - 2018. - Mai (Bd. 557, Nr. 7705). - S. 396-399. - DOI:10.1038/s41586-018-0060-z.
12. Bethe, G., Morrison F. Elementare Theorie des Kerns. - M: IL, 1956. - S. 48.

Wasserstoff, ein Element mit der einfachsten Struktur. Es hat eine positive Ladung und eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Es ist das stabilste Teilchen im Universum. Die beim Urknall entstandenen Protonen sind noch nicht zerfallen. Die Protonenmasse beträgt 1,627*10-27 kg oder 938,272 eV. Häufiger wird dieser Wert in Elektronenvolt ausgedrückt.

Das Proton wurde vom „Vater“ der Kernphysik, Ernest Rutherford, entdeckt. Er stellte die Hypothese auf, dass die Atomkerne aller chemischen Elemente aus Protonen bestehen, da ihre Masse die des Kerns eines Wasserstoffatoms um ein ganzzahliges Vielfaches übersteigt. Rutherford führte ein interessantes Experiment durch. Zu diesem Zeitpunkt war die natürliche Radioaktivität einiger Elemente bereits entdeckt worden. Mithilfe von Alphastrahlung (Alphateilchen sind hochenergetische Heliumkerne) bestrahlte der Wissenschaftler Stickstoffatome. Als Ergebnis dieser Wechselwirkung flog ein Teilchen heraus. Rutherford vermutete, dass es sich um ein Proton handelte. Weitere Experimente in einer Wilson-Blasenkammer bestätigten seine Annahme. So wurde 1913 ein neues Teilchen entdeckt, doch Rutherfords Hypothese über die Zusammensetzung des Kerns erwies sich als unhaltbar.

Entdeckung des Neutrons

Der große Wissenschaftler entdeckte einen Fehler in seinen Berechnungen und stellte eine Hypothese über die Existenz eines anderen Teilchens auf, das Teil des Kerns ist und fast die gleiche Masse wie ein Proton hat. Experimentell konnte er es nicht feststellen.

Dies wurde 1932 vom englischen Wissenschaftler James Chadwick durchgeführt. Er führte ein Experiment durch, bei dem er Berylliumatome mit hochenergetischen Alphateilchen beschoss. Als Ergebnis der Kernreaktion wurde aus dem Berylliumkern ein Teilchen emittiert, das später Neutron genannt wurde. Für seine Entdeckung erhielt Chadwick drei Jahre später den Nobelpreis.

Die Masse eines Neutrons unterscheidet sich eigentlich kaum von der Masse eines Protons (1,622 * 10-27 kg), aber dieses Teilchen hat keine Ladung. In diesem Sinne ist es neutral und gleichzeitig in der Lage, schwere Kerne zu spalten. Aufgrund der fehlenden Ladung kann ein Neutron die hohe Coulomb-Potentialbarriere leicht passieren und in die Struktur des Kerns eindringen.

Das Proton und das Neutron haben Quanteneigenschaften (sie können die Eigenschaften von Teilchen und Wellen aufweisen). Neutronenstrahlung wird für medizinische Zwecke eingesetzt. Durch die hohe Durchdringungsfähigkeit kann diese Strahlung tiefsitzende Tumore und andere bösartige Gebilde ionisieren und erkennen. In diesem Fall ist die Teilchenenergie relativ gering.

Das Neutron ist im Gegensatz zum Proton ein instabiles Teilchen. Seine Lebensdauer beträgt etwa 900 Sekunden. Es zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Neutrino.