Diproton

Ein Diproton ist ein hypothetischer Atomkern des Heliums, bestehend aus zwei Protonen, aber keinen Neutronen. Es kann jedoch unter den im Universum herrschenden Naturgesetzen nicht existieren.

Es wird spekuliert, dass, wenn die Stärke der starken Wechselwirkung nur um 2 Prozent stärker wäre, sich alle Protonen zu Diprotonen verbinden würden. Dieser Fall wird manchmal als „Diprotonenkatastrophe“ bezeichnet, da in diesem Falle das Leben, wie es in unserem Universum vorhanden ist, nicht möglich wäre. Die Fusion innerhalb der Sterne würde statt durch die schwache durch die starke Wechselwirkung bewirkt werden. Dieser Prozess würde 10¹⁸ mal schneller ablaufen, als es in unserem Universum der Fall ist, und Sterne würden die Kernfusion so schnell durchführen, dass sich kein Leben entwickeln könnte.

Der Grund dafür, dass das Diproton nicht gebunden ist, ist eine Kombination aus dem Pauli-Prinzip und einer starken Spin-Spin-Kopplung in der starken Wechselwirkung. Vom Deuteron weiß man, dass der Singulett-Zustand, d. h. der Zustand mit antiparallelem Protonen- und Neutronen-Spin, nicht gebunden ist. Lediglich der Triplett-Zustand mit parallelen Spins ist gebunden. Grund dafür ist die starke Spin-Spin-Kopplung der beiden Nukleonen, die eine energetische Absenkung des Triplett- und Erhöhung des Singulett-Zustandes mit sich bringt. Darüber hinaus existieren für das Deuteron keine angeregten Zustände. Da die Protonen im hypothetischen Diproton identische Fermionen sind, müssen sie dem Pauli-Prinzip gehorchen, d. h. sie dürfen nicht dieselben Quantenzahlen haben. In Analogie zum Deuteron bedeutet dies, dass die beiden Protonen, die sich ja beide im Zustand mit niedrigstem Drehimpuls (l=0) befinden müssten, ihre Spins antiparallel ausrichten müssen. Dieser Zustand ist aber bei der gegebenen Stärke der starken Wechselwirkung aufgrund der Spin-Spin-Kopplung nicht gebunden. Selbiges gilt auch für das Dineutron.