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Neutron – Das Elementarteilchen einfach erklärt! (+ Rechnung in 5 Steps)

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Wenn du ein besseres Verständnis für das Neutron haben möchtest, dann bist du hier genau richtig! Denn die wichtigen Bausteine sind neben Protonen ein Teil des Atomkerns und somit auch der Materie.

Zusätzlich erhältst du einen Überblick darüber, was Neutronen mit dem Universum zu tun haben. Die kleinen Teilchen können zu etwas wirklich Großem werden. Deshalb bleib dran und schau sie dir im Detail an!

Erfahre etwas über…

  • …den Aufbau der Neutronen
  • …die Berechnung der Anzahl
  • Neutronensterne im Weltall
  • …den Gegenspieler, dem schwarzen Loch

Neben Protonen sind Neutronen Bausteine des Atomkerns. Beide Teilchen gehören zu den Nukleonen. Diese sind essentiell für Materie. Auch du bestehst aus Atomen!

Das Neutron ist elektrisch neutral geladen.

Auch außerhalb des Atomkerns gibt es sie und werden freie Neutronen genannt. Sie bestehen nach heutiger Auffassung aus verschiedenen Quarks und Gluonen. Mehr Informationen zum Aufbau erhältst du nun.

Anders als bei den Protonen sind es bei Neutronen 2 Down-Quarks und 1 Up-Quark. Somit sind es insgesamt 3 Quarks im inneren.

In der Abbildung siehst du die Valenzquarks mit “Federn” verbunden. Diese stellen die Gluonen dar.

Beitragsbild Neutron Valenzquarks

Um die Valenzquarks sind Quark-Antiquark-Paare, welche Seequarks genannt werden.

Die Paare bestehen je aus einem kurzlebigen Quark und einem Antiquark (mit einem Strich über dem Buchstaben gekennzeichnet). Antiquarks sind aus Antimaterie. Diese sind auch mit Gluonen verbunden.

Allerdings ist bisher noch nicht klar, wie Seequarks sich verhalten. Auch ist bisher nicht bekannt, wie sie die Valenzquarks beeinflussen.

Beitragsbild Neutron Seequarks

Neutronen berechnen in einfachen Schritten

Beitragsbild Neutron berechnen

Grundsätzlich benötigst du für die Formel zum einen die Ordnungszahl und zum anderen die Massenzahl. Denn die Ordnungszahl gibt die Protonenzahl an. Außerdem ist die Massenzahl die Atommasse.

Formel umstellen:
Protonen + Neutronen = Massenzahl     l – Protonen
Neutronen = Massenzahl – Protonen

Beispiel für Magnesium:

  1. Bedenke, dass die Formel mit der Einheit “Masse u” berechnet wird!
  2. Ein Magnesiumatom hat die Masse 24,305 u
    Gerundet sind es 24 u
  3. Die Ordnungszahl ist 12; also hat es 12 Protonen im Atomkern
    Da 1 Proton in etwa die Masse von 1 u hat, sind es 12 u
  4. Neutronen = 24 u – 12 u = 12 u
  5. Bisher wurde nur die Masse berechnet. Allerdings hat 1 Neutron in etwa die Masse von 1 u. Deshalb gilt für Masse Neutron: 12 u = 12 Neutronen

Ein Atomkern kann auch mehr Neutronen als Protonen besitzen. Das ist zum Beispiel bei dem chemischen Element Fluor der Fall. Dieses hat 9 Protonen und die Atommasse beträgt gerundet 19 u. Somit hat es 10 Neutronen.

Jedes Element besitzt mehrere instabile (radioaktive) Isotope. Diese zerfallen mit der Zeit. Fluor hat ein stabiles Isotop, das sich nicht verändert. Deshalb ist das Element im Periodensystem aufgelistet.

Neutronenstern – Der massereiche Zwerg im Weltall

Neutronensterne sind kugelförmig und haben meist einen Durchmesser zwischen 20 und 24km. Dies ist im Vergleich zu anderen astronomischen Objekten im Weltall sehr klein.

In der Sternentwicklung ist es ein Endstadium eines massereichen Sterns. Ob die Masse viel ist, wird über die Maßeinheit “Sonnenmasse” definiert. In diesem Fall ist es so massereich, wie 1,2 bis 2,0 Sonnenmassen.

Neutronensterne sind die dichtesten bekannten Objekte!

Typischerweise rotieren sie sehr schnell. Beispielsweise dreht sich der bisher schnellste entdeckte Stern namens “PSR J1748-2446ad” 716 mal pro Sekunde. Außerdem hat es ein starkes Magnetfeld.

Beitragsbild Sternentwicklung

Entstehung eines Neutronensterns

Vereinfacht dargestellt, endet mit der Zeit die Energiegewinnung des Kerns. Dadurch nimmt der Strahlungsdruck, welcher Materie nach außen drückt ab. Nun kann allerdings nichts mehr der Gravitation (Anziehungskraft) im inneren des Sterns entgegenwirken. 

Nun ist der Stern aus dem Gleichgewicht gekommen, zwischen einerseits dem Druck nach Außen und andererseits der Anziehung nach innen.

Der Stern kollabiert und es entsteht eine Explosion, die Supernova.

Dadurch, dass der Druck nach Außen fehlt, stürzt die Masse nach innen und die Gravitation komprimiert diese zusätzlich. Die Temperatur erhöht sich und größtenteils wird Röntgenstrahlung abgegeben.

Durch den Druck sacken die Atome zusammen. Somit werden die Protonen und Elektronen zu Neutronen und Elektron-Neutrinos umgewandelt. Übrig bleibt der Neutronenstern.

Beitragsbild Neutron Fusion

Das schwarze Loch als Gegenspieler

Nach einer Supernova wird der Stern entweder zu einem Neutronenstern oder einem schwarzen Loch.

Das schwarze Loch entsteht bei sehr massereichen Sternen von mehr als 3 Sonnenmassen. Die nach außen strebende Energie der Neutrinos kann nicht ausgeglichen werden, durch die Anziehung des zurück fallenden Materials. 

Im Zentrum von Galaxien können sie von 100.000 bis 10.000.000.000 Sonnenmassen groß sein!

Somit entsteht eine Supernova-Explosion, die aber nicht zu einem Neutronenstern führt, sondern zu einem schwarzen Loch. Hierbei wird auch keine elektromagnetische Strahlung abgegeben.

Beitragsbild Neutron schwarzes Loch

Die Masse wird also extrem kompakt und die Atome sacken immer weiter in sich zusammen. Dadurch wird eine so starke Gravitation erzeugt, dass auch das Licht diesen Bereich nicht verlassen kann. Deshalb ist dieser innere Bereich schwarz.

Neutron – Fazit

Eines ist klar: Das Neutron ist gewichtiger als gedacht! Es ist das schwerste der 3 Elementarteilchen eines Atoms.

Interessant sind auch die massereichen Neutronensterne, welche am Ende eines Sternenzyklusses entstehen können. Im Gegenzug dazu hast du auch das schwarze Loch kennengelernt, das sich durch seine starke Gravitation auszeichnet.

Auch der Aufbau ist vielleicht etwas komplexer, als anfangs vermutet. Nun weißt du, dass Neutronen nicht die kleinsten Teilchen sind. Die verschiedenen Quarks und Gluonen sind noch längst nicht vollständig erforscht.

Deshalb werden sich in Zukunft auch in diesem Forschungsgebiet noch viele spannende Erkenntnisse herauskristallisieren. Also bleib am Thema dran und entdecke die Welt der kleinen Teilchen!

Dafür erhältst hier die Möglichkeit:

Konnten wir dir einen Überblick über die Neutronen geben? Hinterlasse uns gerne eine Sternebewertung. Vielen Dank! 🤩
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