Antiproton: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 9. Januar 2022, 16:47 Uhr

Antiproton (p⁻)
Klassifikation
Fermion Hadron Baryon Nukleon
Eigenschaften
Ladung	−1 e (−1,602 · 10⁻¹⁹ C)
Masse	1,672 621 923 69(51) · 10⁻²⁷^[1] kg 1836,152 6736(23) ^[2] · m_e
Spin^Parität	1/2⁻
Isospin	1/2 (z-Komponente −1/2)
Wechselwirkungen	stark schwach elektromagnetisch Gravitation
Quark-Zusammensetzung	1 Anti-Down, 2 Anti-Up

Das Antiproton ist das Antimaterie-Teilchen (Antiteilchen) zum Proton. Es hat dieselbe Masse wie das Proton (Masse-Proton/Masse-Antiproton = 1,000.000.000.001(69)^[3]), aber negative Ladung.

Antiprotonen sind Teil der kosmischen Strahlung. Auf der Erde kommen sie nicht natürlich vor und können nur künstlich in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden; andere Antiteilchen, nämlich das Antineutrino und das Positron, entstehen hingegen auch in der Natur bei Betazerfällen.

Antiprotonen wurden erstmals 1955 am Bevatron im Lawrence Berkeley National Laboratory mit einem Protonenstrahl von 6,3 GeV, der auf ein Kupfertarget traf, künstlich erzeugt. Die bei dieser Projektilenergie im Schwerpunktsystem verfügbare Energie reicht gerade zur Nukleonenpaarerzeugung (Proton und Antiproton), so dass das Antiproton sich nur langsam bewegt. Die magnetische Ablenkung der Teilchen erlaubte ein „Aussortieren“ der Antiprotonen. Aus der Impuls- und Geschwindigkeitsanalyse in zwei Szintillationszählern ergab sich der Nachweis, dass negativ geladene Partikel mit Protonenmasse entstanden waren; der Mesonenuntergrund wurde durch geeignete Koinzidenzschaltungen unterdrückt. Entgegen den Erwartungen zerstrahlt das Antiproton nicht mit einem Proton in Photonen, sondern es werden mehrere freie Pionen erzeugt.

Emilio Segrè erhielt 1959 zusammen mit Owen Chamberlain dafür den Physik-Nobelpreis „für ihre Entdeckung des Antiprotons“. An dem Experiment waren auch Clyde E. Wiegand und Thomas Ypsilantis beteiligt.

Zur Erforschung von Antiprotonen dient am CERN der Speicherring Antiproton Decelerator. In Bau befindet sich am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt eine Anlage zur Antiprotonforschung, genannt Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR).

Hochpräzisionsexperimente zur Masse und dem magnetischen Moment von Proton und Antiproton wurden im Base-Experiment am CERN durchgeführt (wobei eine Penningfalle bei extrem niedrigen Temperaturen benutzt wurde). 2017 wurde bei diesem Experiment die Gleichheit von magnetischem Moment von Proton zu Antiproton mit einer Präzision im Bereich von Milliardstel ( $10^{-9}$ ) festgestellt.^[4] 2022 wurde dabei das Verhältnis des Ladungs-zu-Masse-Verhältnisses von Proton zu dem des Antiprotons zu 1.000000000003(16) (Genauigkeit von $16\cdot \,10^{-12}$ , 16 Teile in einer Billion) bestimmt, eine Verbesserung zu vorherigen Ergebnissen der gleichen Gruppe um einen Faktor 4.^[5]

Eine Anwendung der Antiprotonen könnte in der Antiprotonischen Stereographie liegen, die es ermöglichen würde, Strahlentherapie sehr viel effizienter durchzuführen. Allerdings ist die Erzeugung eines Antiprotonenstrahls wesentlich aufwändiger als die Erzeugung eines Protonenstrahls. Bislang (2019) sind nur wenige Beschleuniger weltweit dazu in der Lage.

Das Antiproton bildet den Kern des einfachsten Antiatoms: Antiwasserstoff.

Literatur

Weblinks

Wiktionary: Antiproton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

↑ CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 8. Juli 2019. Protonenmasse in kg. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
↑ Masaki Hori u. a.: Two-photon laser spectroscopy of antiprotonic helium and the antiproton-to-electron mass ratio. In: Nature. Band 475, Nr. 7357, 28. Juli 2011, S. 484–488, doi:10.1038/nature10260.
↑ S. Ulmer, C. Smorra, A. Mooser, K. Franke, H. Nagahama, G. Schneider, T. Higuchi, S. Van Gorp, K. Blaum, Y. Matsuda, W. Quint, J. Walz, Y. Yamazaki: High-precision comparison of the antiproton-to-proton charge-to-mass ratio. In: Nature. Band 524, Nr. 7564, August 2015, S. 196–199, doi:10.1038/nature14861.
↑ C. Smorra, S. Ulmer u. a., A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature, Band 550, 2017, S. 317
↑ M. Borchert, S. Ulmer u. a., A 16-parts-per-trillion measurement of the antiproton-to-proton charge–mass ratio, Nature, Band 601, 2022, S. 53–57

[1] CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 8. Juli 2019. Protonenmasse in kg. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.

[Mori-2] Masaki Hori u. a.: Two-photon laser spectroscopy of antiprotonic helium and the antiproton-to-electron mass ratio. In: Nature. Band 475, Nr. 7357, 28. Juli 2011, S. 484–488, doi:10.1038/nature10260.

[3] S. Ulmer, C. Smorra, A. Mooser, K. Franke, H. Nagahama, G. Schneider, T. Higuchi, S. Van Gorp, K. Blaum, Y. Matsuda, W. Quint, J. Walz, Y. Yamazaki: High-precision comparison of the antiproton-to-proton charge-to-mass ratio. In: Nature. Band 524, Nr. 7564, August 2015, S. 196–199, doi:10.1038/nature14861.

[4] C. Smorra, S. Ulmer u. a., A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature, Band 550, 2017, S. 317

[5] M. Borchert, S. Ulmer u. a., A 16-parts-per-trillion measurement of the antiproton-to-proton charge–mass ratio, Nature, Band 601, 2022, S. 53–57

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+|masse_kg=1,672&nbsp;621&nbsp;923&nbsp;69(51)&nbsp;·&nbsp;10<sup>−27</sup><ref>{{Internetquelle |url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mp |titel=CODATA Recommended Values |hrsg=National Institute of Standards and Technology |abruf=2019-07-08}} Protonenmasse in [[Kilogramm|kg]]. Die eingeklammerten Ziffern bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes, diese Unsicherheit ist als [[CODATA#Standardunsicherheiten von CODATA-Werten|geschätzte Standardabweichung]] des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.</ref>
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-Das '''Antiproton''' ist das [[Antimaterie]]-[[Teilchen]] ([[Antiteilchen]]) zu einem normalen [[Proton]]. Es hat dieselbe Masse wie das Proton, besitzt aber eine negative Ladung.
+Das '''Antiproton''' ist das [[Antimaterie]]-[[Teilchen]] ([[Antiteilchen]]) zum [[Proton]]. Es hat dieselbe Masse wie das Proton (Masse-Proton/Masse-Antiproton = 1,000.000.000.001(69)<ref>{{Literatur|Autor=S. Ulmer, C. Smorra, A. Mooser, K. Franke, H. Nagahama, G. Schneider, T. Higuchi, S. Van Gorp, K. Blaum, Y. Matsuda, W. Quint, J. Walz, Y. Yamazaki|Titel=High-precision comparison of the antiproton-to-proton charge-to-mass ratio|Sammelwerk=Nature|Band=524|Nummer=7564|Datum=2015-08|Seiten=196-199|DOI=10.1038/nature14861}}</ref>), aber negative Ladung.
-Normale Materie, aus der wir bestehen und die uns umgibt, setzt sich aus Teilchen wie Protonen, [[Neutron]]en und [[Elektron]]en zusammen. Zu jedem Baustein unserer Materie existiert jedoch ein direkter Antimateriepartner, der 1928 von [[Paul Dirac]] (in der [[Dirac-Gleichung]]) vorausgesagt und experimentell nachgewiesen wurde ([[Positron]], 1932).
-Antiprotonen sind Teil der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]]. Auf der [[Erde]] kommen sie nicht natürlich vor und können nur künstlich in [[Teilchenbeschleuniger]]n erzeugt werden; das Anti[[neutrino]] und das Positron entstehen hingegen auch in der Natur bei [[Betazerfall|Betazerfällen]].
-Das Antiproton wurde erstmals 1955 im [[Lawrence Berkeley National Laboratory]] mit einem Protonenstrahl von 6,3&nbsp;G[[Elektronvolt|eV]], der auf ein [[Kupfer]]<nowiki />[[Target (Physik)|target]] traf, künstlich erzeugt. Die im [[Schwerpunktsystem]] verfügbare Energie reicht gerade zur Nukleonen[[paarerzeugung]] (Proton und Antiproton), so dass das Antiproton sich nur langsam bewegt. Die magnetische Ablenkung von Teilchen negativer Ladung erlaubte ein „Aussortieren“ der Antiprotonen. Aus der [[Impuls]]- und [[Geschwindigkeit]]sanalyse in zwei [[Szintillationszähler]]n ergab sich der Nachweis, dass negativ geladene Partikel mit Protonenmasse entstanden waren: Die Unterdrückung des [[Meson]]enuntergrundes erfolgte durch geeignete [[Koinzidenz]]schaltungen.
+Antiprotonen sind Teil der [[Kosmische Strahlung|kosmischen Strahlung]]. Auf der Erde kommen sie nicht natürlich vor und können nur künstlich in [[Teilchenbeschleuniger]]n erzeugt werden; andere Antiteilchen, nämlich das Anti[[neutrino]] und das Positron, entstehen hingegen auch in der Natur bei [[Betazerfall|Betazerfällen]].
-[[Emilio Segrè]] erhielt 1959 zusammen mit [[Owen Chamberlain]] dafür den [[Nobelpreis für Physik|Physik-Nobelpreis]] „für ihre Entdeckung des Antiprotons“, dessen Existenz sie unter Mithilfe von [[Clyde E. Wiegand]] und [[Thomas Ypsilantis]] nachweisen konnten. Entgegen den Erwartungen [[Annihilation|zerstrahlt]] es nicht mit einem Proton sofort in [[Photon]]en, sondern es werden mehrere freie [[Pion]]en erzeugt.
+Antiprotonen wurden erstmals 1955 am [[Bevatron]] im [[Lawrence Berkeley National Laboratory]] mit einem Protonenstrahl von 6,3&nbsp;G[[Elektronvolt|eV]], der auf ein [[Kupfer]]<nowiki />[[Target (Physik)|target]] traf, künstlich erzeugt. Die bei dieser Projektilenergie im [[Schwerpunktsystem]] verfügbare Energie reicht gerade zur Nukleonen[[paarerzeugung]] (Proton und Antiproton), so dass das Antiproton sich nur langsam bewegt. Die magnetische Ablenkung der Teilchen erlaubte ein „Aussortieren“ der Antiprotonen. Aus der [[Impuls]]- und [[Geschwindigkeit]]sanalyse in zwei [[Szintillationszähler]]n ergab sich der Nachweis, dass negativ geladene Partikel mit Protonenmasse entstanden waren; der [[Meson]]enuntergrund wurde durch geeignete [[Koinzidenz]]schaltungen unterdrückt. Entgegen den Erwartungen [[Annihilation|zerstrahlt]] das Antiproton nicht mit einem Proton in [[Photon]]en, sondern es werden mehrere freie [[Pion]]en erzeugt.
+[[Emilio Segrè]] erhielt 1959 zusammen mit [[Owen Chamberlain]] dafür den [[Nobelpreis für Physik|Physik-Nobelpreis]] „für ihre Entdeckung des Antiprotons“. An dem Experiment waren auch [[Clyde E. Wiegand]] und [[Thomas Ypsilantis]] beteiligt.
 Zur Erforschung von Antiprotonen dient am [[CERN]] der [[Speicherring]] [[Antiproton Decelerator]]. In Bau befindet sich am [[GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung]] in [[Darmstadt]] eine Anlage zur Antiprotonforschung, genannt [[Facility for Antiproton and Ion Research]] (FAIR).
-Eine Anwendung der Antiprotonen könnte in der [[Antiprotonische Stereographie|Antiprotonischen Stereographie]] liegen, die es ermöglichen wird, [[Strahlentherapie]] sehr viel effizienter durchzuführen. Allerdings ist die Erzeugung von Antiprotonenstrahlen mit wesentlich größerem Aufwand verbunden als die Erzeugung von Protonenstrahlen. Derzeit sind nur wenige Beschleuniger weltweit dazu in der Lage.
+Hochpräzisionsexperimente zur Masse und dem magnetischen Moment von Proton und Antiproton wurden im Base-Experiment am CERN durchgeführt (wobei eine [[Penningfalle]] bei extrem niedrigen Temperaturen benutzt wurde). 2017 wurde bei diesem Experiment die Gleichheit von magnetischem Moment von Proton zu Antiproton mit einer Präzision im Bereich von Milliardstel (<math>10^{-9}</math>) festgestellt.<ref>C. Smorra, S. Ulmer u.&nbsp;a., A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature, Band 550, 2017, S. 317</ref> 2022 wurde dabei das Verhältnis des Ladungs-zu-Masse-Verhältnisses von Proton zu dem des Antiprotons zu 1.000000000003(16) (Genauigkeit von <math>16 \cdot  \, 10^{-12}</math>, 16 Teile in einer [[Billion]]) bestimmt, eine Verbesserung zu vorherigen Ergebnissen der gleichen Gruppe um einen Faktor 4.<ref>M. Borchert, S. Ulmer u.&nbsp;a., [https://www.nature.com/articles/s41586-021-04203-w A 16-parts-per-trillion measurement of the antiproton-to-proton charge–mass ratio], Nature, Band 601, 2022, S. 53–57</ref>
+Eine Anwendung der Antiprotonen könnte in der [[Antiprotonische Stereographie|Antiprotonischen Stereographie]] liegen, die es ermöglichen würde, [[Strahlentherapie]] sehr viel effizienter durchzuführen. Allerdings ist die Erzeugung eines Antiprotonenstrahls wesentlich aufwändiger als die Erzeugung eines Protonenstrahls. Bislang (2019) sind nur wenige Beschleuniger weltweit dazu in der Lage.
 Das Antiproton bildet den [[Atomkern|Kern]] des einfachsten Anti[[atom]]s: [[Antiwasserstoff]].