Wie sieht es innerhalb eines Protons aus?

Chaotisch! Während man sich vor nicht allzu langer Zeit dieses Elementarteilchen noch als positiv geladene Kugel vorstellte, weiß man heute, dass es viel komplizierter ist.
Da wären schon mal die Bausteine des Protons, die Quarks. Das einfachste Modell besagt, dass ein Proton aus drei Valenzquarks besteht, nämlich zwei Up-Quarks mit einer Ladung von je zwei Dritteln und einem Down-Quark mit einer Ladung von minus einem Drittel. Summiert ergibt das – 2/3+2/3-1/3 – na, was? – ja, die bekannte positive Ladung von exakt eins. Rechnet man allerdings die Massen der drei Quarks zusammen, müsste das Proton weitaus (!) leichter sein. Hm, seltsam. Was entgeht uns dabei?
Sieht man deshalb genauer hin, bemerkt man, dass innerhalb des Protons noch eine ganze Menge mehr los ist. Da wären zum einen die Gluonen, die die Starke Kernkraft vermitteln. Sie halten damit u.a. als Klebstoff die Quarks zusammen. Hinzu kommen aber auch noch die sogenannten Seequarks: Die Gluonen wandeln sich ständig in Paare aus Quarks und Antiquarks um, die sich beinahe sofort wieder vernichten. Dadurch sammelt sich um das Valenzquark ein ganzer See aus Gluonen, Quarks und Anti-Quarks.
Dieser See ist entscheidend für die Eigenschaften des Protons. Die drei Valenzquarks machen nämlich, wie wir schon gesehen haben, nur ein Hundertstel seiner Masse aus. Der Rest der Masse entsteht durch die Energie. Die Bewegungsenergie der Quarks und die Bindungsenergie der Gluonen manifestiert sich wegen E=mc^2 als Masse. Bei den Neutronen, den anderen Kernteilchen, verhält es sich ähnlich.
Das komplette Universum, du und ich, wir bestehen also zum größten Teil aus der Bewegungsenergie von Teilchen, die fast mit Lichtgeschwindigkeit in Teilchen herumwirbeln, die in den Kernen von Atomen herumwirbeln.
Bild: Symbolfoto, Credit: ezumeimages / depositphotos .com

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris

  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.

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