Che cosa è un elettrone? La massa e la carica di un elettrone

Electron – una particella fondamentale, una di quelle che sono le unità strutturali di materia. Secondo la classificazione è un fermione (particella con mezza rotazione integrale, dal nome fisico Enrico Fermi) e leptoni (particelle con spin semi-intero, non partecipano all'interazione forte, uno dei quattro maggiori in fisica). numero barionico dell'elettrone è zero, così come altri leptoni.

Fino a poco tempo si è creduto che l'elettrone – un elementare, che è indivisibile, che non ha la struttura di una particella, ma gli scienziati hanno un parere diverso oggi. Qual è l'elettrone su presentazione della fisica moderna?

La storia del nome

Anche in antichi naturalisti Grecia notato che l'ambra, pre-strofinato con pelliccia, attira piccoli oggetti, cioè presenta proprietà elettromagnetiche. Il nome dell'elettrone ricevuto dal ἤλεκτρον greca, che significa "giallo". Il termine ha suggerito George. Stoney nel 1894, anche se la particella è stata scoperta da J .. Thompson nel 1897. E 'stato difficile trovare la causa di questo è la piccola massa e carica dell'elettrone è diventato per trovare un'esperienza decisiva. Le prime immagini delle particelle era Charles Wilson con una macchina fotografica speciale, che viene utilizzato anche in esperimenti moderni ed è chiamato in suo onore.

Un fatto interessante è che una delle condizioni per l'apertura di un elettrone è un detto di Benjamin Franklin. Nel 1749 ha sviluppato l'ipotesi che l'elettricità – una sostanza materiale. È nelle sue opere sono stati usati per primo termini come cariche positive e negative, scarica del condensatore, batteria e particelle elettriche. La carica specifica dell'elettrone è considerato negativo, e il protone – positivo.

La scoperta dell'elettrone

Nel 1846, il concetto di un "atomo di energia elettrica" è stato utilizzato nelle sue opere, il fisico tedesco Wilhelm Weber. Maykl Faradey scoperto il termine "ioni", che è ora, forse, so tutto ancora a scuola. La questione della natura di energia elettrica ha coinvolto molti eminenti studiosi, come il fisico e matematico tedesco Julius Plucker, Zhan Perren, il fisico inglese Uilyam Kruks, Ernest Rutherford e altri.

Così, prima Dzhozef Tompson ha completato con successo il suo famoso esperimento e ha dimostrato l'esistenza di una particella più piccola di un atomo, nel lavoro sul campo di molti scienziati e la scoperta sarebbe impossibile, non hanno fatto questo lavoro colossale.

Nel 1906, Dzhozef Tompson ha ricevuto il premio Nobel. Esperienza era la seguente: attraverso le piastre metalliche parallele del campo elettrico, sono stati passati raggi catodici. Poi avrebbero fatto allo stesso modo, ma in un sistema di bobine per creare un campo magnetico. Thompson scoperto che quando un campo elettrico deviato travi, e lo stesso si osserva con azione magnetica, tuttavia travi catodico traiettoria non è cambiato se agissero entrambi questi campi in certe proporzioni, che dipendono dalla velocità delle particelle.

Dopo calcoli Thompson appreso che la velocità di queste particelle è significativamente inferiore alla velocità della luce, e ciò significa che essi hanno massa. Da questo punto di fisica arrivati a credere che la particella aperta materia inclusi negli atomi che successivamente confermate dalla Rutherford. Lo ha chiamato "un modello planetario dell'atomo."

Paradossi del mondo quantistico

La questione di ciò che costituisce un elettrone abbastanza complicato, almeno in questa fase di sviluppo della scienza. Prima di considerare che, è necessario contattare uno dei paradossi della fisica quantistica che anche gli scienziati non possono spiegare. Questo è il famoso esperimento di due fenditure, che spiega la duplice natura dell'elettrone.

La sua essenza è che prima della "pistola", sparando particelle, telaio impostato con apertura rettangolare verticale. Dietro di lei è un muro, sul quale verrà tracce dei colpi osservato. Quindi, è necessario innanzitutto capire come la materia si comporta. Il modo più semplice per vedere come avviare le palle da tennis della macchina. Una parte del perline caduta nel buco, e le tracce di risultati parete in aggiunta in una singola banda verticale. Se ad una certa distanza per aggiungere un'altra stesse tracce foro formeranno, rispettivamente, due bande.

Le onde si comportano diversamente anche in una situazione del genere. Se la parete mostrerà tracce di una collisione con un onda, nel caso di una banda apertura sarà anche uno. Tuttavia, le cose stanno cambiando nel caso delle due fessure. Onda passando attraverso i fori, divise a metà. Se la parte superiore un'onda incontra il fondo di un altro, si annullano a vicenda, e apparirà lo schema di interferenza (più strisce verticali) sulla parete. Posizionare nel punto di intersezione delle onde lascerà un segno, ed i luoghi in cui vi era reciproca tempra, no.

scoperta sorprendente

Con l'aiuto di questo esperimento sopra, gli scienziati possono chiaramente dimostrare al mondo la differenza tra quantistica e la fisica classica. Quando hanno iniziato a sparare parete elettroni, di solito si verifica in un segno verticale su di esso: alcune particelle come una palla da tennis cadde nella fessura, e altri no. Ma tutto è cambiato, quando ci fu un secondo foro. Sulla parete rivelato la figura di interferenza! Primo Fisica deciso che gli elettroni interferiscono tra loro e deciso di lasciare uno per uno. Tuttavia, dopo un paio d'ore (velocità di elettroni in movimento è ancora molto inferiore alla velocità della luce) di nuovo iniziato a mostrare una figura di interferenza.

piega inaspettata

Elettronico, insieme ad alcune altre particelle come fotoni, presenta una dualità onda-particella (utilizza anche il termine "quantum-onda dualismo"). Come il gatto di Schrödinger che sia vivo e morto, lo stato degli elettroni può essere sia corpuscolare e delle onde.

Tuttavia, il prossimo passo in questo esperimento ha generato ancora più misteri: una particella fondamentale, che sembrava sapere tutto, ha presentato una sorpresa incredibile. Fisici decidono di installare in fori dispositivo di ambito per bloccare, attraverso la quale fessura la particella sono, e come si manifestano come onde. Ma appena è stato messo meccanismo di controllo sulla parete c'erano solo due bande corrispondenti ai due fori, e nessun modello di interferenza! Non appena il "shadowing" pulito, particella ha cominciato di nuovo per mostrare le proprietà delle onde come se sapesse che lei era già nessuno sta guardando.

un'altra teoria

Fisico Nato ha suggerito che la particella non si trasformi in un'onda letteralmente. Elektron "contiene" un'ondata di probabilità, che dà una figura di interferenza. Queste particelle hanno la proprietà di sovrapposizione, nel senso che possono essere ovunque e in una certa probabilità, e quindi possono essere accompagnati da un tale "onda".

Tuttavia, il risultato è evidente: la sola presenza dell'osservatore influenza il risultato dell'esperimento. Sembra incredibile, ma non è l'unico esempio del suo genere. Esperimenti di fisica sono state effettuate su una grande parte della madre, una volta che l'oggetto del segmento era il foglio di alluminio sottile. Gli scienziati hanno notato che il solo fatto di alcune misure influenzano la temperatura dell'oggetto. La natura di questi fenomeni che spiegano, non è ancora in vigore.

struttura

Ma ciò che costituisce l'elettrone? A questo punto, la scienza moderna non può rispondere a questa domanda. Fino a poco tempo si è ritenuto particelle fondamentali indivisibili, ma ora gli scienziati sono inclini a credere che si compone di strutture ancora più piccole.

La carica specifica dell'elettrone è anche considerato una base, ma ora sono quark aperti con carica frazionaria. Ci sono diverse teorie su ciò che costituisce un elettrone.

Oggi siamo in grado di vedere l'articolo, in cui si afferma che gli scienziati sono stati in grado di dividere l'elettrone. Tuttavia, questo è vero solo in parte.

nuovi esperimenti

scienziati sovietici negli anni Ottanta del secolo scorso hanno assunto che l'elettrone può essere diviso in tre quasiparticelle. Nel 1996 è riuscito a dividerlo in spinon e Holon, e recentemente il fisico Van den Brink e la sua squadra è stata divisa in spinon particelle e orbiton. Tuttavia, la scissione è possibile raggiungere solo in circostanze particolari. L'esperimento può essere eseguita in condizioni di temperature estremamente basse.

Quando gli elettroni sono "fresco" allo zero assoluto, che è di circa -275 gradi Celsius, che quasi fermano e forma tra loro una sorta di materia, se si fonde in una singola particella. In tali circostanze, e fisici possono osservare quasiparticelle, di cui "è" un elettrone.

informazioni vettori

raggio di elettroni è molto piccola, è pari a ^{2,81,794 mila.} 10 ^-13 cm, ma si scopre che i suoi componenti hanno una dimensione molto più piccola. Ciascuna delle tre parti in cui sono riusciti a "dividere" l'elettrone, trasporta le informazioni su di esso. Orbiton, come dice il nome, contiene dati sulla particella onda orbitale. Spinon responsabile per lo spin dell'elettrone, e Holon ci racconta la carica. Così, la fisica può osservare separatamente diversi stati di elettroni in un materiale fortemente raffreddata. Sono riusciti a rintracciare un paio di "olone-spinon" e "spinon-orbiton", ma non tutti e tre insieme.

nuove tecnologie

Il fisico che ha scoperto l'elettrone ha dovuto attendere diversi decenni prima fino alla loro scoperta è stata applicata in pratica. Al giorno d'oggi le tecnologie trovano impiego in diversi anni, è sufficiente ricordare grafene – materiale stupefacente costituito da atomi di carbonio in un unico strato. La scissione dell'elettrone sarebbe utile? Gli scienziati prevedono che la creazione di un computer quantistico, la cui velocità, secondo loro, a poche decine di volte più grande di quello dei computer più potenti di oggi.

Qual è il segreto della tecnologia quantistica computer? Questo può essere chiamato un semplice ottimizzazione. Nel computer tradizionale, la minima parte inscindibile delle informazioni – un po '. E se si considerano i dati con qualcosa di visivo, qualcosa per l'auto solo due opzioni. Bit può contenere zero o uno, che fa parte di un codice binario.

nuovo metodo

Ora immaginiamo che in un po 'contenuta e pari a zero, e l'unità – un "bit quantistico" o "Cube". Il ruolo delle variabili semplici giocherà lo spin dell'elettrone (può ruotare in senso orario o antiorario). Diversamente semplice cubo bit può svolgere più funzioni contemporaneamente, e grazie a questo aumento si verificherà velocità, bassa massa dell'elettrone e la carica non sono importanti qui.

Questo può essere spiegato con l'esempio del labirinto. Per uscirne, è necessario provare un sacco di opzioni diverse da cui solo uno sarà corretta. computer tradizionale risolve anche i problemi rapidamente, ma allo stesso tempo potrebbe lavorare solo su un singolo problema. Egli enumera tutte le opzioni su un tratto, e alla fine trova una via d'uscita. Il computer quantistico, grazie alla kyubita dualità in grado di risolvere molti problemi contemporaneamente. Egli esaminerà tutte le opzioni non sono on line, e in un solo momento nel tempo, e anche risolvere il problema. La difficoltà è solo nella misura è quello di ottenere un sacco di lavoro in oggetto quantistico – questa sarà la base per una nuova generazione di computer.

applicazione

La maggior parte delle persone utilizzano un computer a livello familiare. Con questo ottimo lavoro finora e PC convenzionali, ma di prevedere eventi specifici migliaia, forse centinaia di migliaia di variabili, la macchina deve essere semplicemente enorme. computer quantistico facilmente far fronte a cose come previsioni del tempo per un mese, il trattamento del disastro ei suoi dati di previsione, e sarà anche eseguire complessi calcoli matematici con variabili multiple per una frazione di secondo, il tutto con un processore di pochi atomi. Così è possibile, molto presto i nostri computer più potenti sono sottilissime.

stare in salute

tecnologia informatica quantistica farà una grande contributo alla medicina. L'umanità sarà in grado di creare nanomacchine con un forte potenziale, con il loro aiuto, sarà possibile non solo per diagnosticare la malattia semplicemente guardando tutto il corpo dall'interno, ma anche per fornire cure mediche senza chirurgia: minuscoli robot con il "cervello" del computer diverso da essere in grado di eseguire tutte le operazioni.

Inevitabile la rivoluzione nel campo dei giochi per computer. macchine potenti che possono risolvere immediatamente il problema, sarà in grado di giocare con una grafica incredibilmente realistica, non è lontano e già mondi informatici con una full immersion.