Die Masse von Protonen und Elektronen unterscheidet sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung und Wechselwirkungen mit den fundamentalen Kräften der Physik.
Das Proton ist ein Teilchen, das aus drei Quarks (zwei up-Quarks und ein down-Quark) besteht während das Elektron ein elementares Lepton ist das keine weiteren Bestandteile hat. Dieser fundamentale Unterschied in der Zusammensetzung führt zu einer deutlich höheren Masse des Protons im Vergleich zum Elektron.
Der Hauptgrund für die Masse des Protons liegt in der starken Wechselwirkung, einer der vier fundamentalen Kräfte in der Physik. Die starken Wechselwirkungen zwischen den Quarks im Proton werden durch den Austausch von virtuellen Gluonen vermittelt. Diese starke Wechselwirkung trägt zu über 90% zur Masse des Protons bei. Wenn man die Quark-Massen isoliert betrachtet, machen sie nur einen sehr kleinen Teil der Gesamtmasse des Protons aus.
Das Elektron hingegen interagiert nicht über die starke Wechselwirkung, allerdings über die elektromagnetische Wechselwirkung. Die Masse des Elektrons ist ein fundamental festgelegter Parameter in der Theorie der bisher nicht aus anderen grundlegenden Prinzipien abgeleitet werden kann. Es gibt bisher keine bekannte Formel im Standardmodell der Teilchenphysik, die welche Elektronenmasse berechnet.
Die Existenz des Higgs-Feldes wurde postuliert um die Massen der Austauschteilchen, ebenso wie die W- und Z-Bosonen, zu erklären. Das Higgs-Feld verleiht den Teilchen die mit ihm wechselwirken, eine Masse. Jedoch hat das Higgs-Feld keinen direkten Einfluss auf die Masse des Elektrons oder des Protons. Das Elektron erhält seine Masse durch die sogenannte Higgs-Kopplung, während die Masse des Protons hauptsächlich durch die starke Wechselwirkung bestimmt wird.
Die genaue Berechnung der Massen von Protonen, Elektronen und anderen Leptonen wie Myonen und Tau-Leptonen ist immer noch Gegenstand aktueller Forschung. Es gibt verschiedene Theorien und Modelle ´ die versuchen ` diese Massen aus grundlegenderen Prinzipien abzuleiten jedoch bisher gibt es keine definitive Lösung.
Insgesamt kann man sagen, dass die hohe Masse des Protons hauptsächlich auf die starke Wechselwirkung zwischen den Quarks zurückzuführen ist, während die Masse des Elektrons ein bisher unerklärter fundamentaler Parameter in der Theorie ist. Die Suche nach einer umfassenden Theorie ´ die diese Massen erklärt ` ist ein aktives Forschungsgebiet in der Teilchenphysik.
Warum sind Protonen so viel schwerer als Elektronen?
Warum haben Protonen eine viel höhere Masse als Elektronen?