Hvad er en elektron? Den masse og ladning af en elektron

Electron - en fundamental partikel, en af dem, der er de strukturelle enheder af sagen. Ifølge klassificeringen er en fermion (partikel med halv-integral centrifugering, opkaldt efter fysikeren Enrico Fermi) og leptoner (partikler med halv integer spin, ikke deltager i den stærke vekselvirkning, en af de fire store i fysik). Baryontal af elektronen er nul, samt andre leptoner.

Indtil for nylig troede man, at elektronen - en elementær, der er udelelig, som ikke har nogen struktur af en partikel, men forskerne har en anden mening i dag. Hvad er det elektron mod forevisning af moderne fysik?

Historien om navnet

Selv i det gamle Grækenland naturforskere bemærket, at rav, præ-gnides med pels, tiltrækker små genstande, dvs. udviser elektromagnetiske egenskaber. Navnet på elektron modtaget fra den græske ἤλεκτρον, som betyder "gul". Udtrykket foreslog George. Stoney i 1894, selv om partiklen blev opdaget af J .. Thompson i 1897. Det var svært at finde årsagen til dette er den lille masse og ladning af elektroner blev at finde en afgørende oplevelse. De første billeder af partiklerne var Charles Wilson med et specielt kamera, som bruges selv i moderne eksperimenter og er opkaldt efter ham.

Et interessant faktum er, at en af forudsætningerne for åbningen af en elektron er et ordsprog af Benjamin Franklin. I 1749 udviklede han den hypotese, at el - en materiel substans. Det er i sine værker først blev anvendt udtryk som positive og negative ladninger, kondensatorudladning, batteri og elektriske partikler. Den specifikke elektronens ladning anses for at være negativ, og proton - positiv.

Opdagelsen af elektronen

I 1846, begrebet "atom af elektricitet" blev brugt i hans værker, den tyske fysiker Wilhelm Weber. Maykl Faradey opdagede udtrykket "ion", som nu er, måske, kender alle stadig i skolen. Spørgsmålet om el natur involveret mange fremtrædende lærde såsom tyske fysiker og matematiker Julius Plucker, Zhan Perren, den engelske fysiker Uilyam Kruks, Ernest Rutherford og andre.

Således før Dzhozef Tompson fuldført sin berømte eksperiment og beviste eksistensen af en partikel mindre end et atom, inden arbejdet med mange videnskabsmænd og opdagelsen ville være umuligt, at de ikke har gjort dette kolossale arbejde.

I 1906, Dzhozef Tompson modtog Nobelprisen. Erfaring var som følger: gennem de parallelle metalplader af det elektriske felt, blev katodestråleoscilloskoper bjælker øjeblikkeligt. Så de ville have gjort på samme måde, men i en spole system til at skabe et magnetfelt. Thompson sig, at når et elektrisk felt afbøjet bjælker, og det samme observeres med magnetisk indsats imidlertid bjælker billedrør bane ikke ændres, hvis de handlede begge disse felter i visse proportioner, som afhænger af partiklens hastighed.

Efter beregningerne lært Thompson, at hastigheden af disse partikler er væsentligt lavere end lysets hastighed, og dette betød, at de har masse. Fra dette punkt i fysik er kommet til at tro, at den åbne partikel stof indgår i atomer, som efterfølgende bekræftet af Rutherford. Han kaldte det "en planetarisk model af atomet."

Paradokser af kvanteverdenen

Spørgsmålet om, hvad der udgør en elektron kompliceret nok, i hvert fald i denne fase af udviklingen af videnskaben. Før overvejer det, du har brug for at kontakte en af de paradokser kvantefysikken, at selv forskerne ikke kan forklare. Dette er den berømte to-spalte eksperiment, der forklarer den dobbelte karakter af elektroner.

Dens essens er, at før "pistol" skud partikler, sæt ramme med lodret rektangulær åbning. Bag hende er en mur, vil som observeres spor af hits. Så du først nødt til at forstå, hvordan stof opfører sig. Den nemmeste måde at se, hvordan at starte maskinen tennisbolde. En del af perlerne falder ned i hullet, og sporene af væggen resulterer i tilsat i en enkelt lodret bånd. Hvis der på en vis afstand for at tilføje endnu samme hul spor vil danne henholdsvis to bånd.

Bølgerne opfører også anderledes i en sådan situation. Hvis væggen viser spor af en kollision med en bølge, vil i tilfælde af en åbning bånd også være én. Men tingene ændrer sig i forbindelse med de to spalter. Wave passerer gennem hullerne, delt i halve. Hvis toppen af en bølge møder bunden af en anden, de udligner hinanden, og interferensmønstret (flere lodrette striber) vises på væggen. Placer i skæringspunktet af bølgerne vil efterlade et mærke, og de steder, hvor der var gensidig quenching, nej.

fantastiske opdagelse

Med hjælp af ovenstående eksperiment, kan forskerne tydeligt vise verden forskellen mellem kvante og klassisk fysik. Da de begyndte at skyde elektroner væg, forekommer normalt i en lodret mærke på det: nogle partikler ligesom en tennisbold faldt ind i hullet, og nogle gør ikke. Men det ændrede sig, da der var et andet hul. På væggen afslørede interferens mønster! Først Fysik besluttet, at elektroner interfererer med hinanden og besluttede at lade dem én efter én. Men efter et par timer (hastighed af bevægelige elektroner er stadig meget lavere end lysets hastighed) igen begyndte at vise et interferensmønster.

uventet drejning

Elektronisk, sammen med visse andre partikler, såsom fotoner, udviser en partikel-bølge dualitet (anvender også udtrykket "quantum-bølge dualisme"). Ligesom katten Schrödinger at både levende og døde, kan elektron tilstand være både partikelopslemningens og bølge.

Imidlertid har det næste skridt i dette eksperiment genererede endnu flere mysterier: en grundlæggende partikel, som syntes at vide alt, præsenterede en utrolig overraskelse. Fysikere beslutter at installere i huller områdeafgrænsning anordning til at låse, gennem hvilken slids partiklen er, og hvordan de manifesterer sig som bølger. Men så snart det blev sat overvågningsmekanisme på væggen var der kun to bånd svarende til to huller, og ingen mønster indblanding! Så snart "shadowing" renset, partikel begyndte igen for at vise den bølge egenskaber, som om hun vidste, at hun allerede var ingen kigger.

En anden teori

Fysiker Født foreslog, at partiklen ikke bliver til en bølge bogstaveligt. Elektron "indeholder" en bølge af sandsynlighed, at det giver et interferensmønster. Disse partikler har den egenskab, superposition, hvilket betyder at de kan være hvor som helst på en vis sandsynlighed, og derfor kan de være ledsaget af en sådan "bølge".

Ikke desto mindre, er resultatet er indlysende: den blotte tilstedeværelse af observatøren påvirker resultatet af forsøget. Det synes utroligt, men det er ikke det eneste eksempel af sin slags. Fysik eksperimenter blev udført på en stor del af moderen, når objektet af segmentet var den tyndeste aluminiumfolie. Forskere har bemærket, at den blotte visse målinger påvirke temperaturen af genstanden. Arten af disse fænomener, de forklarer, er endnu ikke trådt i kraft.

struktur

Men hvad der udgør den elektron? På dette tidspunkt, kan moderne videnskab ikke besvare dette spørgsmål. Indtil for nylig blev det anset for udelelige fundamentale partikler, men nu forskere er tilbøjelige til at tro, at det er sammensat af endnu mindre strukturer.

Den specifikke elektronens ladning betragtes også som et grundlæggende, men er nu åbne kvarker med fraktioneret ladning. Der er flere teorier om, hvad der udgør en elektron.

I dag kan vi se artiklen, hvori det hedder, at forskerne var i stand til at opdele elektron. Men dette er kun delvist sandt.

nye eksperimenter

Sovjetiske forskere tilbage i firserne i sidste århundrede har antaget, at elektronen kan opdeles i tre kvasipartikel. I 1996 lykkedes det ham at opdele det i spinon og Holon, og for nylig fysiker Van den Brink og hans team var opdelt i partikel spinon og orbiton. Men opsplitning er muligt at opnå kun under særlige omstændigheder. Forsøget kan udføres under betingelser med ekstremt lave temperaturer.

Når elektronerne er "cool" til absolut nul, hvilket er omkring -275 grader Celsius, der næsten stoppe og danner mellem sig en slags stof, hvis der går over i en enkelt partikel. Under sådanne omstændigheder, og fysikere kan observere kvasipartikel, hvoraf "er" en elektron.

luftfartsselskaber oplysninger

Electron radius er meget lille, det er lig med ^2,81794. 10 ^-13 cm, men det viser sig, at dens komponenter har en meget mindre størrelse. Hver af de tre dele i som formåede at "kløft" elektronen, bærer de oplysninger om det. Orbiton, som navnet antyder, indeholder det data på orbital bølge partikel. Spinon ansvarlig for spin af elektroner, og Holon fortæller om tillægget. Således kan fysik separat observere forskellige tilstande af elektroner i et stærkt afkølede materiale. Det lykkedes dem at spore et par "holon-spinon" og "spinon-orbiton", men ikke alle tre sammen.

nye teknologier

Fysiker der opdagede elektronen måtte vente flere årtier før, indtil deres opdagelse er blevet anvendt i praksis. I dag teknologier finde anvendelse i flere år, er det nok til at huske graphene - fantastisk materiale, der består af kulstofatomer i et enkelt lag. Den opdeling af elektronen ville være nyttigt? Forskere forudser, at oprettelsen af en kvantecomputer, hastighed, som ifølge dem, et par snese gange større end nutidens mest kraftfulde computere.

Hvad er hemmeligheden bag kvante computerteknologi? Dette kan kaldes en simpel optimering. I konventionel computer, er det mindste udelelig del af de oplysninger - lidt. Og hvis vi betragter dataene med noget visuelt, noget til bilen kun to muligheder. Bit kan indeholde enten nul eller en, der er en del af en binær kode.

ny metode

Lad os nu forestille os, at i lidt indeholdt og nul, og enheden - en "kvante bit" eller "Cube". Den rolle, som simple variabler vil spille spin af elektroner (det kan rotere enten med eller mod uret). I modsætning til simpel bit Cube kan udføre flere funktioner samtidigt, og på grund af denne stigning vil ske hastighed, lav elektron masse og ladning er ikke vigtigt her.

Dette kan forklares ved eksemplet af labyrinten. For at komme ud af det, du har brug for at prøve en masse forskellige muligheder, hvorfra kun én vil være korrekt. Traditionel computer, selv løser problemerne hurtigt, men på et tidspunkt kunne kun arbejde på et enkelt problem. Han opregner alle de muligheder på én tarmkanalen, og til sidst finder en vej ud. Den kvantecomputer, kan takket være den dobbelthed kyubita løse mange problemer på samme tid. Han vil gennemgå alle muligheder er ikke på linje, og i et enkelt øjeblik i tiden, og også løse problemet. Problemet er kun i det omfang, er at få en masse arbejde på kvante objekt - dette vil danne grundlag for en ny generation af computer.

ansøgning

De fleste mennesker bruger en computer på husstandsniveau. Med denne fremragende stykke arbejde hidtil og konventionelle pc'er, men at forudsige specifikke begivenheder tusinder, måske hundredtusinder af variabler, skal maskinen være simpelthen enorm. Quantum computer som nemt klare sådanne ting som vejr forudsigelse for en måned, behandling af katastrofen og dens forudsigelse af data, og vil også udføre komplekse matematiske beregninger med flere variabler for en brøkdel af et sekund, alle med en processor på nogle få atomer. Så det er muligt, meget snart vores mest kraftfulde computere er papirtynde.

sund og rask

Quantum computerteknologi vil gøre en enorm bidrag til medicin. Menneskeheden vil være i stand til at skabe nanomachinery med stort potentiale, med deres hjælp, vil det være muligt ikke kun at diagnosticere sygdommen ved blot at kigge på hele kroppen indefra, men også for at yde lægehjælp uden kirurgi: bittesmå robotter med "hjerner" andre end en computer kan udføre alle operationer.

Uundgåeligt revolution inden for computerspil. Kraftige maskiner, der øjeblikkeligt kan løse problemet, vil være i stand til at spille spil med utrolig realistisk grafik, er det ikke langt væk allerede, og edb-verdener med en fuld nedsænkning.