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Teilchenphysik

Wie groß ist das Proton wirklich?

Protonen gehören zu den fundamentalen Grundlagen der Atome. Doch ihr genauer Radius ist bis heute unbekannt. Eine neue Messung bestätigt Zweifel an ihrer Größe.
Atommodell

Im Jahr 2010 erschütterte eine Messung am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPI) in Garching die Welt – oder zumindest ein Teilchen, das die Welt mit zusammenhält: Physiker um Randolf Pohl ermittelten damals, dass der Radius des Protons vier Prozent kleiner sei als der lange geltende offizielle Wert. Seither versuchen Wissenschaftler immer wieder, das Proton neu zu vermessen, denn die Abweichung könnte auch das Standardmodell der Teilchenphysik ins Wanken bringen, sollte sich der Grund dafür nicht aufklären lassen. Ein neuer Versuch von Axel Beyer vom MPI und seinem Team löst dieses Rätsel zwar noch nicht, bestätigt aber, dass der Wert aus dem Jahr 2010 zumindest kein Fehler war.

In ihrem Experiment beobachteten die Physiker eine bislang noch nicht exakt vermessene Spektrallinie von gewöhnlichen Wasserstoffatomen. Dagegen hatte man 2010 myonische Wasserstoffatome untersucht. Statt eines Elektrons schwirren bei ihnen negativ geladene Myonen um das Proton. Ihre Kreisbahn verläuft enger, weshalb das Proton viel stärker die auftretenden Spektrallinien beeinflusst – woraus sich der Radius sehr genau ableiten lässt. Beyer und Co kehrten dagegen zum "normalen" Wasserstoff zurück, den sie stark kühlten. Ihre Ergebnisse korrelierten sie dann mit früheren Resultaten anderer Spektrallinien. Daraus konnten sie wiederum den Radius und die so genannte Rydberg-Konstante ableiten. Letztlich erhielten sie erneut einen Radius, der kleiner ausfiel als der offizielle Wert – und der im Rahmen der Messgenauigkeit dem Ergebnis von 2010 entspricht. Woher die Abweichung allerdings kommt, bleibt weiter rätselhaft. Die Forscher vermuten, es könne sich in beiden Fällen um systematische Messfehler handeln, die das Ergebnis in jeweils eine Richtung verzerren. Doch das bleibt erst noch aufzuklären.

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