Ce este un electron? Masa și sarcina unui electron

Electron - o particulă fundamentală, una dintre cele care sunt unitățile structurale ale materiei. Conform clasificării este un fermion (particulă cu jumătate de rotire integrală, numit după fizicianul Enrico Fermi) și leptoni (particule cu rotire pe jumătate întreg, nu participă la interacțiunea puternică, una dintre cele patru majore în fizică). Numărul baryon electronului este zero, precum și alte leptoni.

Până de curând, se credea că electronul - un elementar, care este indivizibil, care nu are nici o structură a unei particule, dar oamenii de știință au o opinie diferită astăzi. Care este electronul la prezentarea fizicii moderne?

Istoria numelui

Chiar și în naturaliști vechi Grecia a observat că ambra, pre-frecat cu blană, atrage obiecte mici, adică prezintă proprietăți electromagnetice. Numele electronului primit de la ἤλεκτρον grecesc, ceea ce înseamnă „chihlimbar“. Termenul sugerat George. Stoney in 1894, desi particula a fost descoperită de J .. Thompson în 1897. A fost dificil de a găsi cauza aceasta este masa mică și sarcina electronului a devenit pentru a găsi o experiență decisivă. Primele imagini ale particulelor a fost Charles Wilson cu o camera speciala, care este folosit chiar și în experimente moderne și este numit în onoarea lui.

Un fapt interesant este faptul că una dintre condițiile prealabile pentru deschiderea unui electron este o zicală a Benjamin Franklin. În 1749 el a dezvoltat ipoteza că electricitatea - o substanță materială. Este în lucrările sale au fost folosite mai întâi termeni, cum ar fi taxele pozitive și negative, de descărcare condensator, baterie și particule electrice. Taxa specifică a electronului este considerat a fi negativ, iar protonul - pozitiv.

Descoperirea electronului

În 1846, conceptul de „atom de energie electrică“, a fost folosit în lucrările sale, fizicianul german Wilhelm Weber. Maykl Faradey a descoperit termenul „Ion“, care este acum, probabil, știu totul încă la școală. Problema naturii de energie electrică implicat mulți cercetători eminenți, cum ar fi fizician și matematician german Julius Plucker, Zhan Perren, fizicianul englez Uilyam Kruks, Ernest Rutherford și altele.

Astfel, înainte de a Dzhozef Tompson finalizat cu succes faimosul său experiment și a demonstrat existența unei particule mai mici decât un atom, în munca de teren a multor oameni de știință și descoperirea ar fi imposibil, ei nu au făcut acest lucru colosală.

În 1906, Dzhozef Tompson a primit Premiul Nobel. Experiența a fost după cum urmează: prin plăcile metalice paralele ale câmpului electric, fascicule de raze catodice au trecut. Atunci s-ar fi făcut în același mod, dar într-un sistem bobina pentru a crea un câmp magnetic. Thompson a constatat că, atunci când un câmp electric deviate grinzi, iar același lucru se observă cu acțiunea magnetică, cu toate acestea grinzi traiectoria raze catodice nu schimbă dacă au acționat ambele domenii, în anumite proporții, care depind de viteza particulelor.

După calculele Thompson a aflat că viteza acestor particule este semnificativ mai mică decât viteza luminii, iar acest lucru a însemnat că au masă. Din acest punct de fizica au ajuns să creadă că particula deschisă materia inclusă în atomii care au confirmat ulterior de Rutherford. El a numit-o „un model planetar al atomului.“

Paradoxuri ale lumii cuantice

Problema a ceea ce constituie un electron suficient de complicat, cel puțin în acest stadiu de dezvoltare a științei. Înainte de a examina aceasta, trebuie să contactați unul dintre paradoxurile fizicii cuantice că, chiar și oamenii de știință nu pot explica. Acesta este celebrul experiment cu două fante, explicând natura duală a electronului.

Esența ei este că, înainte de „arma“, ardere particule, set cadru cu deschidere vertical dreptunghiular. În spatele ei este un zid, pe care se vor observa urme de accesări. Deci, trebuie mai întâi să înțeleagă modul în care materia se comportă. Cel mai simplu mod de a vedea cum să înceapă mingile de tenis mașină. O parte din margele cad în gaură, iar urmele rezultatelor de perete în adăugat într-o bandă verticală unică. Dacă la o anumită distanță pentru a adăuga un alt aceleași urme gaura se va forma, respectiv, două benzi.

Valurile de asemenea, se comportă diferit într-o astfel de situație. Dacă peretele va prezintă urme de coliziune cu un val, în cazul unei benzi de deschidere va fi, de asemenea, una. Cu toate acestea, lucrurile se schimbă în cazul celor două fantelor. Wave care trece prin găurile, împărțită în jumătate. În cazul în care partea de sus a unui val se întâlnește în partea de jos a unui alt, se anulează reciproc, iar modelul de interferență (mai multe dungi verticale) va apărea pe perete. Loc la intersecția valurilor se va lăsa un semn, iar locurile în care nu a existat călire reciprocă, nr.

descoperire uimitoare

Cu ajutorul experimentului de mai sus, oamenii de știință pot demonstra în mod clar lumii diferența dintre cuantică și fizica clasică. Când au început să tragă electroni de perete, de obicei, are loc într-un semn vertical pe ea: unele particule la fel ca o minge de tenis a căzut în golul, iar altele nu. Dar totul sa schimbat, când a existat o a doua gaură. Pe peretele relevat modelul de interferență! În primul rând fizica a decis că electronii se interferează unul cu altul și au decis să-i lase unul câte unul. Cu toate acestea, după câteva ore (viteza de electroni care se deplasează este încă mult mai mică decât viteza luminii), din nou, a început să arate un model de interferență.

rândul său, neașteptată

Electronic, împreună cu anumite alte particule, cum ar fi fotoni, prezintă o dualitate undă-particulă (de asemenea, foloseste termenul „cuantic unda dualism“). La fel ca pisica Schrödinger că atât în viață și mort, starea de electroni poate fi atât corpusculare și a valurilor.

Cu toate acestea, următorul pas în acest experiment a generat și mai multe mistere: o particulă fundamentală, care părea să știe totul, a prezentat o surpriză incredibilă. Fizicienii decid să instaleze în găurile dispozitivului de definire a domeniului pentru a bloca, prin care fanta particula sunt, și modul în care acestea se manifestă sub formă de unde. Dar, de îndată ce a fost pus mecanism de monitorizare pe perete au existat doar două benzi care corespund două găuri, și nici un model de interferență! De îndată ce „shadowing“ curățat, particulă a început din nou să arate proprietățile val, ca și cum știa că ea era deja nimeni nu se uita.

O altă teorie

Fizician Born a sugerat că particula nu se transformă într-un val de literalmente. Elektron „conține“ un val de probabilitate, că acesta dă un model de interferență. Aceste particule au proprietatea de superpoziție, ceea ce înseamnă că pot fi oriunde la o anumită probabilitate și, prin urmare, acestea pot fi însoțite de o astfel de „val“.

Cu toate acestea, rezultatul este evident: simpla prezență a observatorului afectează rezultatul experimentului. Pare incredibil, dar nu este singurul exemplu de acest gen. experimente de fizica au fost efectuate pe o mare parte a mamei, odată ce obiectul a fost segmentul cel mai subțire folie de aluminiu. Oamenii de știință au observat că simplul fapt al unor măsurători afectează temperatura obiectului. Natura acestor fenomene explica ei nu este încă în vigoare.

structură

Dar, ceea ce constituie un electron? În acest moment, știința modernă nu poate răspunde la această întrebare. Până de curând sa considerat particule fundamentale indivizibile, dar acum oamenii de știință sunt înclinați să creadă că acesta este compus din structuri chiar mai mici.

Taxa specifică a electronului este, de asemenea, considerată o bază, dar acum sunt quarci deschise cu taxa fracționată. Există mai multe teorii cu privire la ceea ce constituie un electron.

Astăzi putem vedea articolul, care afirmă că oamenii de știință au fost capabili să împartă electroni. Cu toate acestea, acest lucru este doar parțial adevărat.

noi experimente

oamenii de știință sovietici înapoi în anii optzeci ai secolului trecut au presupus că electronul poate fi împărțit în trei cvasiparticulelor. În 1996 a reușit să-l împartă în spinon și Holon, și recent, fizicianul Van den Brink și echipa sa a fost împărțită în spinon particulelor și ORBITON. Cu toate acestea, divizare este posibil să se realizeze numai în circumstanțe speciale. Experimentul poate fi efectuată în condiții de temperaturi extrem de scăzute.

Când electronii sunt „rece“ la zero absolut, care este de aproximativ -275 de grade Celsius, puteau opri și forma între ele un fel de materie, în cazul în care fuzionează într-o singură particulă. În astfel de circumstanțe, iar fizicienii pot observa cvasiparticulelor, din care „este“ un electron.

purtătorii de informații

Electron rază este foarte mică, este egală cu ^2.81794. 10 ^-13 cm, dar se pare că componentele sale au o dimensiune mult mai mică. Fiecare dintre cele trei părți în care au reușit să „divide“ electronul, poartă informația cu privire la aceasta. ORBITON, după cum sugerează și numele, acesta conține date despre particula de undă orbitale. Spinon responsabil pentru spinul electronului, Holon ne spune despre taxa. Astfel, fizica poate observa separat diferite stări de electroni într-un material puternic răcit. Ei au reușit să traseze o pereche de „Holon-spinon“ și „spinon-ORBITON“, dar nu toate trei împreună.

noi tehnologii

Fizician care a descoperit electronul a trebuit să aștepte mai multe decenii înainte de descoperirea lor, până când a fost aplicată în practică. In zilele noastre tehnologii își găsesc utilizare în mai mulți ani, este suficient să ne amintim grafen - un material uimitor format din atomi de carbon într-un singur strat. Divizarea electronului ar fi de ajutor? Oamenii de știință prezic că crearea unui computer cuantic, a vitezei , care, potrivit lor, de câteva zeci de ori mai mare decât cea a calculatoarelor cele mai puternice de astăzi.

Care este secretul tehnologiei computer cuantic? Acest lucru poate fi numit un simplu optimizare. În computer convențional, partea minimă indivizibilă a informațiilor - un pic. Și dacă luăm în considerare datele cu ceva vizual, ceva pentru masina doar două opțiuni. Bit poate conține fie zero sau unu, care face parte dintr-un cod binar.

metodă nouă

Acum să ne imaginăm că într-un pic de izolare și de la zero, iar unitatea - un „bit cuantic“ sau „Cube“. Rolul simple variabile va juca spinul electronului (se poate roti în sens orar sau în sens invers). Spre deosebire de biți simplu cub pot efectua mai multe funcții simultan, și datorită acestei creșteri va avea loc viteza, masa de electroni scăzută și taxa nu sunt importante aici.

Acest lucru poate fi explicat prin exemplul labirint. Pentru a ieși din ea, trebuie să încercați o mulțime de opțiuni diferite din care doar unul va fi corect. calculator tradiționale rezolvă chiar problemele rapid, dar la un moment dat ar putea funcționa doar pe o singură problemă. El enumeră toate opțiunile pe o tractului, și în cele din urmă găsește o cale de ieșire. Calculatorul cuantic, datorită kyubita dualitate poate rezolva multe probleme simultan. El va revizui toate opțiunile nu sunt on-line, și într-un singur moment în timp, și, de asemenea, rezolva problema. Dificultatea este doar în măsura în care este de a obține o mulțime de muncă pe obiect cuantic - acest lucru va fi baza pentru o nouă generație de calculator.

cerere

Cei mai mulți oameni folosesc un calculator la nivel de gospodărie. Cu acest loc de muncă excelent până în prezent și PC-urile convenționale, dar pentru a prezice evenimente specifice mii, poate sute de mii de variabile, aparatul trebuie să fie pur și simplu enormă. computer cuantic ca a face față cu ușurință cu astfel de lucruri ca predictie meteo pentru o lună, tratamentul de dezastru și datele de predicție, și va efectua, de asemenea calcule matematice complexe, cu mai multe variabile pentru o fracțiune de secundă, toate cu un procesor de câțiva atomi. Deci, este posibil, foarte curând computerele noastre cele mai puternice sunt hârtie subțire.

Rămâi sănătos

Tehnologia informatică Quantum va aduce o contribuție foarte mare la medicina. Omenirea va fi capabil de a crea nanomachinery cu un potențial puternic, cu ajutorul lor, va fi posibilă nu numai pentru diagnosticarea bolii prin simpla la întregul corp din interior, dar, de asemenea, pentru a oferi ingrijire medicala, fara o interventie chirurgicala: roboți mici cu „creierul“, altele decât un computer poate efectua toate operațiunile.

revoluție în domeniul Inevitabilă jocurilor pe calculator. mașini puternice, care pot rezolva instantaneu problema, va fi capabil de a juca jocuri cu o grafică incredibil de realiste, nu este departe deja și lumi de calculator cu o imersiune completă.