Vad är en elektron? Massan och laddningen av en elektron

Electron - en grundläggande partikel, en av dem som är strukturella enheter av materia. Enligt klassificeringen är en fermion (partikel med halv-integral spinn, uppkallad efter fysikern Enrico Fermi) och leptoner (partiklar med halv-heltal spinn, deltar inte i den starka växelverkan, en av de fyra stora i fysik). Baryon antalet elektronen är noll, liksom andra leptoner.

Tills nyligen trodde man att elektron - en elementär, som är odelbar, som inte har någon struktur av en partikel, men forskarna har en annan åsikt i dag. Vad är elektron mot uppvisande av modern fysik?

Historien om namnet

Även i det antika Grekland naturforskare märkt att bärnsten, pre-gnuggade med päls lockar små föremål, det vill säga uppvisar elektromagnetiska egenskaper. Namnet på elektron fått från den grekiska ἤλεκτρον, som betyder "amber". Termen föreslog George. Stoney i 1894, även om partikeln upptäcktes av J .. Thompson i 1897. Det var svårt att hitta orsaken till detta är den lilla massa och laddning av elektron blev att hitta en avgörande upplevelse. De första bilderna på partiklarna var Charles Wilson med en speciell kamera som används även i moderna experiment och namnges i hans heder.

Ett intressant faktum är att en av förutsättningarna för öppnandet av en elektron är ett citat av Benjamin Franklin. 1749 utvecklade han hypotesen att el - en väsentlig substans. Det är i hans verk användes först termer som positiva och negativa laddningar, kondensatorurladdning, batteri och elektriska partiklar. Den specifika laddningen av elektronen anses vara negativ, och proton - positiva.

Upptäckten av elektronen

År 1846, begreppet "atom el" användes i sina verk, den tyska fysikern Wilhelm Weber. Maykl Faradey upptäckte termen "jon", som nu kanske vet allt fortfarande i skolan. Frågan om el natur innebar många framstående forskare som tysk fysiker och matematiker Julius Plucker, Zhan Perren, den engelska fysikern Uilyam Kruks, Ernest Rutherford och andra.

Således före Dzhozef Tompson framgångsrikt avslutat sin berömda experiment och visade förekomsten av en partikel som är mindre än en atom i fältarbetet för många forskare och upptäckten skulle vara omöjligt, de har inte gjort detta kolossala arbete.

År 1906 Dzhozef Tompson fick Nobelpriset. Erfarenhet var enligt följande: genom de parallella metallplattor av det elektriska fältet, var katodstråle balkar passerat. Då skulle de ha gjort på samma sätt, men i en spole för att skapa ett magnetfält. Thompson funnit att när ett elektriskt fält avlänkade strålarna, och samma observeras med magnetisk verkan, balkar emellertid katodstråle bana inte ändras om de agerade båda dessa fält i vissa proportioner, vilka beror på partikelhastigheten.

Efter beräkningar Thompson lärt att hastigheten hos dessa partiklar är betydligt lägre än ljusets hastighet, och detta innebar att de har massa. Från denna punkt i fysik har kommit att tro att öppna partikel materia ingår i de atomer som senare bekräftats av Rutherford. Han kallade det "en planetarisk modell av atomen."

Paradoxer kvantvärlden

Frågan om vad som utgör en elektron komplicerat nog, åtminstone i detta skede av utvecklingen av vetenskap. Innan man överväger det, måste du kontakta en av de paradoxer kvantfysik att även forskarna inte kan förklara. Detta är den berömda två-slit experiment, som förklarar den dubbla karaktären hos elektronen.

Dess väsen är att innan den "gun", bränning partiklar, uppsättning ram med vertikal rektangulär öppning. Bakom henne är en vägg, som kommer att observeras spår av hits. Så måste du först förstå hur materia beter sig. Det enklaste sättet att se hur man starta maskinen tennisbollar. Del av pärlor falla ner i hålet, och spåren hos väggresulterar i sattes i en enda vertikalt band. Om på ett visst avstånd för att lägga till ytterligare samma hål spår bildar, respektive, två band.

Vågorna beter också annorlunda i en sådan situation. Om väggen kommer att visa spår av en kollision med en våg, i fallet med en öppning bandet kommer att vara också ett. Men saker och ting förändras i fallet med de två slitsar. Våg passerar genom hålen, uppdelade i två halvor. Om toppen av en våg möter botten av en annan, de tar ut varandra, och interferensmönstret (multipla vertikala ränder) visas på väggen. Placera vid korsningen av vågorna kommer att lämna ett märke och de platser där det fanns ett ömsesidigt släckning, nej.

fantastisk upptäckt

Med hjälp av ovanstående experiment, kan forskarna tydligt visa för världen skillnaden mellan kvant och klassisk fysik. När de började skjuta elektroner väggen sker oftast i ett vertikalt märke på det: vissa partiklar precis som en tennisboll föll i gapet, och vissa inte. Men att alla ändras, då det fanns ett andra hål. På väggen avslöjade interferensmönstret! Första Physics beslutat att elektroner störa varandra och bestämde sig för att låta dem en efter en. Emellertid, efter ett par timmar (hastighet av rörliga elektroner är fortfarande mycket lägre än ljusets hastighet) igen började visa ett interferensmönster.

oväntad vändning

Elektronisk, tillsammans med vissa andra partiklar, såsom fotoner, uppvisar en våg-partikeldualitet (även använder termen "kvant-våg dualism"). Som katt Schrödingers att både levande och döda, kan elektrontillståndet vara både korpuskulära och våg.

Dock har nästa steg i detta experiment genererat ännu fler gåtor: en grundläggande partikel, som tycktes veta allt, presenterade en otrolig överraskning. Fysiker väljer att installera i hål avgränsningsanordning för att låsa, genom vilken slits partikeln är och hur de yttrar sig som vågor. Men så snart det lades övervakningsmekanism på väggen fanns det bara två band som motsvarar två hål, och ingen interferensmönster! Så snart "skugga" städas, började partikel igen för att visa våg egenskaper som om hon visste att hon var redan ingen ser.

En annan teori

Fysiker Born föreslog att partikeln inte förvandlas till en våg bokstavligen. Elektron "innehåller" en våg av sannolikhet, att det ger ett interferensmönster. Dessa partiklar har egenskapen av superposition, vilket innebär att de kan vara var som helst på en viss sannolikhet, och därför kan de åtföljas av en sådan "våg".

Icke desto mindre, är resultatet uppenbar: blotta närvaron av observatören påverkar resultatet av experimentet. Det verkar otroligt, men det är inte det enda exemplet i sitt slag. Fysikaliska experiment utfördes på en stor del av moder, när objektet av segmentet var den tunnaste aluminiumfolie. Forskare har noterat att det blotta faktum att några mätningar påverka temperaturen hos föremålet. Karaktären av dessa fenomen De förklarar ännu inte trätt i kraft.

struktur

Men vad som utgör elektronen? Vid denna punkt kan den moderna vetenskapen inte svara på denna fråga. Tills nyligen ansågs odelbara grundläggande partiklar, men nu forskare är benägna att tro att den består av ännu mindre strukturer.

Den specifika laddningen av elektronen anses också vara en grundläggande, men är nu öppna kvarkar med bråk laddning. Det finns flera teorier om vad som utgör en elektron.

Idag kan vi se artikeln, som säger att forskarna kunde dela elektronen. Detta är dock bara delvis sant.

nya experiment

Sovjetiska vetenskapsmän tillbaka i åttiotalet av förra seklet har antagit att elektronen kan delas in i tre kvasipartiklar. År 1996 lyckades han dela upp den i spinon och Holon, och nyligen fysikern Van den Brink och hans team var indelad i partikel spinon och orbiton. Dock är möjlig uppdelning att uppnå endast under särskilda omständigheter. Experimentet kan utföras under förhållanden med extremt låga temperaturer.

När elektronerna är "cool" den absoluta nollpunkten, vilket är ungefär -275 grader Celsius, de nästan stoppa och bildar mellan dem ett slags materia, om sammanslagning till en enda partikel. Under sådana omständigheter, och fysiker kan observera kvasipartiklar, av vilka "är" en elektron.

informationsbärare

Electron radie är mycket liten, den är lika med ^2,81794. 10 ^-13 cm, men det visar sig att dess komponenter har en mycket mindre storlek. Var och en av de tre delarna i vilka lyckats "klyftan" elektronen, bär information om det. Orbiton, som namnet antyder, innehåller uppgifter om orbital våg partikel. Spinon ansvarig för spinn hos elektronen och Holon berättar om avgiften. Sålunda kan fysiken separat observera olika tillstånd av elektroner i en starkt kylda materialet. De lyckades spåra ett par "holon-spinon" och "spinon-orbiton", men inte alla tre tillsammans.

ny teknik

Fysiker som upptäckte elektronen fick vänta flera decennier innan tills deras upptäckt har tillämpats i praktiken. Nuförtiden teknik finner användning i flera år, är det tillräckligt att komma ihåg grafen - fantastiska material bestående av kolatomer i ett enda skikt. Uppdelningen av elektronen skulle vara till hjälp? Forskare förutspår att skapandet av en kvantdator, vars hastighet, enligt dem, några tiotals gånger större än dagens mest kraftfulla datorer.

Vad är hemligheten bakom kvantdator teknik? Detta kan kallas en enkel optimering. I konventionell dator, den minsta odelbar del av informationen - en bit. Och om vi betraktar uppgifterna med något visuellt, något för bilen bara två alternativ. Bit kan innehålla antingen noll eller ett, som är en del av en binär kod.

ny metod

Låt oss nu föreställa oss att en lite inne och noll och enheten - en "quantum bit" eller "Cube". Rollen av enkla variabler kommer att spela snurr på elektronen (den kan rotera antingen medsols eller motsols). Till skillnad från enkla bit Cube kan utföra flera funktioner samtidigt, och på grund av denna ökning kommer att ske hastighet, låg elektron massa och laddning är inte viktiga här.

Detta kan förklaras med exemplet av labyrinten. För att komma ur det, måste du prova en massa olika alternativ som endast kommer att vara korrekt. Traditionell dator löser även problem snabbt, men samtidigt kan bara arbeta på ett enda problem. Han räknar upp alla alternativ på en tarmkanalen, och så småningom hittar en väg ut. Den kvantdator kan tack vare dualitet kyubita lösa många problem samtidigt. Han kommer att granska alla alternativ är inte på nätet, och i ett enda ögonblick, och även lösa problemet. Svårigheten är endast i den mån är att få en hel del arbete på kvantobjekt - detta kommer att ligga till grund för en ny generation av datorn.

ansökan

De flesta använder en dator på hushållsnivå. Med detta utmärkta arbete hittills och konventionella datorer, men att förutsäga specifika händelser tusentals, kanske hundratusentals variabler, måste maskinen helt enkelt enorm. Kvantdator som lätt klara av sådana saker som vädret prognos för en månad, behandling av katastrofen och dess förutsägelse data och kommer också att utföra komplexa matematiska beräkningar med flera variabler för en bråkdel av en sekund, alla med en processor på några atomer. Så det är möjligt, mycket snart våra mest kraftfulla datorer är lövtunna.

Hälsofrågor

Kvantdator teknik kommer att göra en enorm bidrag till medicin. Mänskligheten kommer att kunna skapa nanomachinery med stark potential, med deras hjälp, kommer det att vara möjligt att inte bara att diagnostisera sjukdomen genom att helt enkelt titta på hela kroppen inifrån, men också att ge medicinsk vård utan kirurgi: små robotar med "hjärnor" andra än en dator kan utföra alla operationer.

Inevitable revolution inom datorspel. Kraftfulla maskiner som omedelbart kan lösa problemet, kommer att kunna spela spel med otroligt realistisk grafik, är det inte långt borta redan och dator världar med en full nedsänkning.