Hva er et elektron? Den masse og ladning av et elektron

Elektron - en fundamental partikkel, en av de som er de strukturelle enheter av materie. I henhold til klassifiseringen er en fermion (partikkel med halv-integral spinn, som er oppkalt etter fysiker Enrico Fermi) og leptoner (partikler med halv-heltalls spinnverdi, deltar ikke i sterk vekselvirkning, en av de fire store i fysikk). Baryon antall av elektronet er null, så vel som andre leptoner.

Inntil nylig trodde man at elektronet - en elementær, som er udelelig, som ikke har noen struktur for en partikkel, men forskerne har en annen mening i dag. Hva er elektron på presentasjon av moderne fysikk?

History of navnet

Selv i antikkens Hellas natur merke til at rav, pre-gnidd med pels, tiltrekker små gjenstander, dvs. viser elektromagnetiske egenskaper. Navnet på elektron mottatt fra det greske ἤλεκτρον, som betyr "gul". Begrepet foreslo George. Stoney i 1894, selv om partikkelen ble oppdaget av J .. Thompson i 1897. Det var vanskelig å finne årsaken til dette er liten masse og ladning av elektronet ble å finne en avgjørende opplevelse. De første bildene av partiklene var Charles Wilson med et spesielt kamera, som brukes selv i moderne eksperimenter og er oppkalt etter ham.

Et interessant faktum er at en av forutsetningene for åpningen av et elektron er et ordtak av Benjamin Franklin. I 1749 utviklet han hypotesen om at elektrisitet - en materiell substans. Det er i sine arbeider først ble benyttet begreper som positive og negative ladninger, kondensatorutladning, batteri og elektriske partikler. Den spesifikke ladning av elektronet er ansett for å være negativ, og proton - positiv.

Oppdagelsen av elektronet

I 1846, begrepet en "atom av elektrisitet" ble brukt i hans verker, den tyske fysikeren Wilhelm Weber. Maykl Faradey oppdaget begrepet "ion", som nå er, kanskje, vet alle fortsatt på skolen. Spørsmålet om elektrisitet natur involvert mange fremragende forskere som tysk fysiker og matematiker Julius Plucker, Zhan Perren, den engelske fysikeren Uilyam Kruks, Ernest Rutherford og andre.

Dermed før Dzhozef Tompson fullført sin berømte eksperiment og beviste eksistensen av en partikkel som er mindre enn et atom, innen arbeidet til mange forskere og oppdagelsen ville være umulig, de har ikke gjort dette kolossale arbeidet.

I 1906 mottok Dzhozef Tompson Nobels fredspris. Erfaring var som følger: gjennom de parallelle metallplater med det elektriske felt, ble katodestrålerør bjelker passert. Da ville de ha gjort på samme måte, men i et spolesystem for å danne et magnetfelt. Thompson funnet at når et elektrisk felt avbøyes bjelker, og det samme observeres med magnetisk virkning, bjelker imidlertid katodestrålerør banen ikke endret hvis de handlet begge disse feltene i visse mengdeforhold, som avhenger av partikkelhastigheten.

Etter beregninger Thompson lært at hastigheten for disse partikler er vesentlig lavere enn hastigheten av lys, og dette betydde at de har masse. Fra dette punktet av fysikk har kommet til å tro at den åpne partikkelformig materiale som inngår i de atomene som senere bekreftet av Rutherford. Han kalte det "en planetarisk modell av atomet."

Paradokser kvante verden

Spørsmålet om hva som utgjør et elektron komplisert nok, i hvert fall på dette stadiet av utviklingen av vitenskap. Før du vurderer det, må du kontakte en av paradokser kvantefysikken at selv forskerne ikke kan forklare. Dette er den berømte to-slit eksperimentet, forklarer doble natur elektronet.

Sin essens er at før "pistol", avfyring partikler, sett ramme med vertikal rektangulær åpning. Bak henne er en vegg, som vil bli observert spor av treff. Så, må du først forstå hvordan materie oppfører seg. Den enkleste måten å se hvordan du kan starte maskinen tennisballer. En del av perlene faller ned i hullet, og spor av vegg resulterer i tilsatt i en enkelt vertikal band. Dersom det på en viss avstand for å legge til en annen i samme hull spor vil danne henholdsvis to bånd.

Bølgene også oppføre seg annerledes i en slik situasjon. Dersom veggen vil vise spor av en kollisjon med en bølge, i tilfellet med en åpning bandet vil være også en. Men ting er i endring når det gjelder de to spaltene. Bølge passerer gjennom hullene, delt i to. Hvis toppen av en bølge treffer undersiden av en annen, de oppheve hverandre, og interferensmønsteret (multiple vertikale striper) vil vises på veggen. Sett i skjæringspunktet mellom bølgene vil forlate et merke, og de stedene der det var gjensidig leskende, nei.

fantastisk oppdagelse

Med hjelp av de ovennevnte eksperiment, kan forskerne klart demonstrere for verden forskjellen mellom quantum og klassisk fysikk. Da de begynte å skyte elektroner veggen, oppstår vanligvis i en loddrett markering på det: noen partikler akkurat som en tennisball falt inn i gapet, og noen ikke. Men det endret seg, da det var en andre hull. På veggen avslørte interferensmønsteret! Først fysikk besluttet at elektroner forstyrre hverandre og bestemte seg for å la dem én etter én. Men etter et par timer (hastighet av bevegelige elektroner er fortsatt mye lavere enn lysets hastighet) igjen begynte å vise et interferensmønster.

uventet vending

Elektronisk, sammen med visse andre partikler, slik som fotoner, oppviser en bølge-partikkel tosidigheten (også bruker begrepet "Quantum-bølge dualism"). Som katt Schrödinger at både levende og døde, kan elektronet staten være både corpuscular og bølge.

Imidlertid har det neste trinnet i dette forsøket generert enda flere mysterier: en fundamental partikkel, som syntes å vite alt, presenterte en utrolig overraskelse. Fysikere velger å installere i hull scoping enhet for å låse, der slit partikkelen er, og hvordan de manifesterer seg som bølger. Men så snart det ble satt overvåkningsmekanisme på veggen, var det bare to bånd som tilsvarer to hull, og ingen interferensmønster! Så snart "skygge" renset, begynte partikkel igjen for å vise bølgeegenskaper som om hun visste at hun var allerede ingen ser.

en annen teori

Fysiker Born antydet at partikkelen ikke blir til en bølge bokstavelig. Elektron "inneholder" en bølge av sannsynlighet, at det gir et interferensmønster. Disse partiklene har den egenskap superposisjon, hvilket betyr at de kan være hvor som helst på en viss sannsynlighet, og det kan derfor være ledsaget av en "bølge".

Likevel er resultatet klart: tilstedeværelsen av observatøren påvirker utfallet av eksperimentet. Det virker utrolig, men det er ikke det eneste eksempelet i sitt slag. Fysikk eksperimenter ble utført på en stor del av moren, når objektet av segmentet var den tynneste aluminiumsfolie. Forskere har bemerket at det faktum av enkelte målinger påvirke temperaturen av objektet. Naturen av disse fenomenene de forklare er ennå ikke i kraft.

struktur

Men hva som utgjør elektronet? På dette punktet, kan moderne vitenskap ikke svare på dette spørsmålet. Inntil nylig var det ansett udelelige fundamentale partikler, men nå forskerne er tilbøyelig til å tro at den består av enda mindre strukturer.

Den spesifikke ladning av elektronet er også betraktet som en grunnleggende, men er nå åpne quarks med fraksjonert ladning. Det er flere teorier om hva som utgjør et elektron.

I dag kan vi se artikkelen, som sier at forskere var i stand til å dele elektron. Men dette er bare delvis sant.

nye eksperimenter

Sovjetiske forskere tilbake i åttitallet av forrige århundre har antatt at elektronet kan deles inn i tre quasiparticles. I 1996 klarte han å dele det inn spinon og Holon, og nylig fysiker Van den Brink og hans team ble delt inn i partikkel spinon og orbiton. Imidlertid er splitting mulig å oppnå kun i spesielle tilfeller. Forsøket kan bli utført under betingelser med ekstremt lave temperaturer.

Når elektronene er "cool" til absolutt null, som er omtrent -275 ° C, de nesten stoppe og danner mellom seg en slags materiale hvis går over i en enkelt partikkel. Under slike omstendigheter og fysikere kan observere quasiparticles, som "er" et elektron.

bærere informasjon

Electron radius er svært liten, det er lik ^2,81794. 10 ^-13 cm, men det viser seg at komponentene har en mye mindre størrelse. Hver av de tre deler i hvilke administrert til "dele" the electron, bærer informasjonen om den. Orbiton, som navnet tilsier, inneholder det data om den orbitale bølge partikkel. Spinon ansvarlig for spin av elektronet, og Holon forteller oss om tillegget. Således kan den fysiske separat observere forskjellige tilstander av elektroner i et sterkt avkjølte materialet. De klarte å spore et par av "holon-spinon" og "spinon-orbiton", men ikke alle tre sammen.

nye teknologier

Fysikeren som oppdaget elektronet måtte vente flere tiår før inntil deres funn har blitt brukt i praksis. I dag teknologier finner bruk i flere år, er det nok til å huske graphene - fantastiske materialet består av karbonatomer i et enkelt lag. Splitting av elektronet ville være nyttig? Forskere spår at etableringen av en kvantedatamaskin, hastigheten på som ifølge dem, noen titalls ganger større enn dagens kraftigste datamaskiner.

Hva er hemmeligheten bak kvante datateknologi? Dette kan kalles en enkel optimalisering. I den konvensjonelle maskin, den minimale udelelig del av informasjonen - en bit. Og hvis vi ser på data med noe visuelt, noe for bilen bare to alternativer. Bit kan inneholde enten null eller en, som er en del av en binær kode.

ny metode

Nå la oss tenke oss at i en litt inneholdt og null, og enheten - en "quantum bit" eller "Cube". Rollen av enkle variabler spiller spinningen til elektron (det kan rotere enten med eller mot urviseren). I motsetning til enkel bit Cube kan utføre flere funksjoner samtidig, og på grunn av denne økningen vil skje hastighet og lav elektron masse og ladning er ikke viktig her.

Dette kan forklares ved det eksempel på labyrinten. For å komme ut av det, må du prøve en rekke ulike alternativer som bare vil være riktig. Tradisjonell datamaskin løser selv problemer raskt, men samtidig kunne bare jobbe på et enkelt problem. Han anfører alle alternativene på en skrift, og til slutt finner en vei ut. Den kvantedatamaskin, kan takket være den dualiteten kyubita løse mange problemer samtidig. Han vil vurdere alle alternativer er ikke på linje, og i et eneste øyeblikk i tid, og også løse problemet. Problemet er bare så langt er å få en mye arbeid på quantum objekt - dette vil være grunnlaget for en ny generasjon av datamaskinen.

søknad

De fleste bruker en datamaskin på husholdningsnivå. Med denne utmerket jobb så langt, og vanlige PC-er, men å forutsi bestemte hendelser tusenvis, kanskje hundretusener av variabler, må maskinen være rett og slett enorm. Quantum datamaskin som lett håndtere slike ting som vær prediksjon for en måned, behandling av katastrofe og dens forutsigelsesdata, og vil også utføre kompliserte matematiske beregninger av flere variable for en brøkdel av et sekund, alt med en prosessor av noen få atomer. Så det er mulig, veldig snart våre kraftigste datamaskiner er papir-tynne.

bo sunt

Quantum datateknologi vil gjøre et stort bidrag til medisin. Menneskeheten vil være i stand til å skape nanomachinery med stort potensial, med deres hjelp, vil det være mulig ikke bare å diagnostisere sykdommen ved å se på hele kroppen fra innsiden, men også for å gi medisinsk behandling uten kirurgi: ørsmå roboter med "hjernen" annet enn en datamaskin kan utføre alle operasjoner.

Uunngåelig revolusjon innen dataspill. Kraftige maskiner som umiddelbart kan løse problemet, vil være i stand til å spille spill med utrolig realistisk grafikk, er det ikke langt unna allerede, og data verdener med full neddykking.