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Ist der Streit um den Radius des Protons entschieden?

Astronomie|Physik • bdw+

Ist der Streit um den Radius des Protons entschieden?

2. April 2024

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Es klingt einfacher, als es ist: Mithilfe der Streuung von Elektronen oder Myonen lässt sich die Größe eines Protons bestimmen, das aus drei geladenen „realen“ Quarks und unzähligen virtuellen Teilchen besteht.
© Illustration: Jefferson Lab/Joanna GriffinDie elektrische Ladung des Protons ist nicht punktförmig wie beim Elektron, sondern über einen kugelförmigen Bereich verteilt. Dessen Halbmesser wird als Ladungsradius des Protons bezeichnet. Experimente mit myonischem Wasserstoff – bei dem nicht ein Elektron, sondern ein Myon das Proton umkreist –, deuteten auf einen erheblich kleineren Radius hin als zuvor anderweitig gemessen. Dieses Experiment am Paul Scherrer Institut in der Schweiz sorgte 2010 für großes Aufsehen. Das Foto zeigt einen Teil des Lasersystems dort, mit dem die 2S-2P-Resonanz des myonischen Wasserstoffs erzeugt wurde: Die Atome wurden vom langlebigen 2S-Zustand durch einen gepulsten Laserstrahl in den 2P-Zustand angeregt, von dem aus sie sofort in den Grundzustand übergingen. Dabei emittierten sich charakteristische Röntgenstrahlung. Variationen der Laserfrequenz änderten die Intensität der Röntgenstrahlung, was eine Messung der Energiedifferenz zwischen den beiden Zuständen ermöglichte. Daraus folgerten die Physiker, dass der 2S-Zustand stärker ins Proton hineinreicht als der 2P-Zustand, was wiederum auf den Proton-Radius zu schließen erlaubte.
© PSI/A. Antognini und F. Reiser

Wie groß Protonen sind, sorgt seit 2010 für Aufregung in der Teilchenphysik. Neue Erkenntnisse legen einen kleineren Wert nahe als früher angenommen.

von DIRK EIDEMÜLLER

Protonen gehören sind in allen Atomkernen enthalten. Der leichteste, Wasserstoff, besteht aus exakt einem Proton. Schwerere Atomkerne haben zusätzliche Protonen

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