Warum können Protonen kollidieren?

Sollte das nicht bedeuten, dass das Integral der Kraft zwischen zwei Protonen unendlich wird, wenn der Abstand Null wird?

Die Physik entwickelte die Quantenmechanik, um die Natur zu modellieren, als offensichtlich wurde, dass die durch klassische 1/r-Potentiale beschriebenen Unendlichkeiten niemals Atome aufbauen und die Welt aufbauen würden, die wir kennen. Die Anziehungskraft des elektrostatischen Potentials würde die Elektronen in den Kern absorbieren und es würde niemals ein Wasserstoffatom oder chemische Bindungen geben.

Wie spektroskopische Daten aus Experimenten zeigten, erzeugte das Elektron des Wasserstoffatoms , anstatt auf dem kontinuierlich strahlenden Proton spiralförmig nach unten zu fahren, eine Spektralserie, die mit der Balmer-etc-Serie angepasst wurde. Das Bohr-Modell war geboren, das zur vollständigen Theorie der Quantenmechanik führte.

In der Quantenmechanik erfährt ein Proton, der auf ein Proton auftrifft, eine Abstoßung und streut davon, der Querschnitt der Streuung kann als Funktion der Energie des Projektils genau berechnet werden. Das Experiment zeigte, dass, wenn die Energie groß genug wurde, das elektrostatische Potential nicht mehr alle Projektile abstieß, sondern ein Teil des Aufpralls in das Proton selbst "eindringt" und harte Kerne innerhalb des Protons zerstreut. Die ursprünglichen Experimente zur Untersuchung der Bestandteile des Protons wurden mit Elektronen durchgeführt, aber die Theorie ist dieselbe . So wurden Quarks entdeckt.

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Tiefinelastische Streuung wird in Feynman-Diagrammen wie folgt dargestellt:

Von links nach rechts interagiert das ankommende Projektil, indem es eine Übertragung von Energie und Impuls, dargestellt durch die gewundene Linie als virtuelles Teilchen, mit dem Zielproton, dargestellt als Kugel, austauscht, und es interagiert direkt mit einem Bestandteil. (Das Projektil kann eine andere Kugel als Symbol für das Zielproton sein) Für dieses Diagramm ist die Energie hoch genug, damit die einzelnen Bestandteile des Zielprotons eine Wahrscheinlichkeit haben, direkt anstatt als Ganzes zu interagieren, und ihr Verhalten sein können studiert.

Bei der Protonen-Protonen-Streuung bei niedrigen Energien ist das ausgetauschte virtuelle Teilchen elektromagnetisch, und der Streuungsquerschnitt zeigt die Abstoßungskraft zwischen zwei gleichen Ladungen. Wenn die Energie zunimmt, übernimmt die starke Kraft zwischen den Bestandteilen, und virtuelle Gluonen werden ausgetauscht, wodurch alle Auswirkungen der virtuellen Photonen überwunden werden, die die Abstoßung gleicher Ladungen widerspiegeln.

Oder tritt Protonenfusion auf, während zwischen den Protonen Raum ist?

Bei der Protonen-Protonen-Streuung als Funktion der Energie spielt bei Schwerpunktsenergien nahe der Bindungsenergie des Deuterons, unterhalb von zwei MeV, neben der elektromagnetischen auch die schwache Wechselwirkung eine Rolle: Es besteht die Wahrscheinlichkeit einer Verschmelzung zu a Deuteron mit einem Positron und einem Elektron Neutrino nehmen die Energie-, Impuls- und Quantenzahlbilanz auf. Aufgrund der Schwäche der schwachen Wechselwirkung ist dies im Labor praktisch nicht messbar und es werden hauptsächlich theoretische Berechnungen verwendet. Dieser Prozess ist wichtig für astrophysikalische Berechnungen der Sternentwicklung, bei denen Dichten und Temperaturen hoch genug sind, um die Reaktion zu erzeugen.