Wat is een elektron? De massa en lading van een elektron

Elektron - een elementair deeltje, een van degenen die de structuureenheden materie. Volgens de classificatie van een fermion (deeltjes met half-integrale rotatie, genoemd naar natuurkundige Enrico Fermi) en leptonen (deeltjes met halftallige rotatie, niet deelnemen aan de sterke wisselwerking, een van de vier belangrijke fysica). Baryongetal van het elektron nul, en andere leptonen.

Tot voor kort werd aangenomen dat het elektron - een elementair, dat ondeelbaar is, waarin geen structuur van een deeltje heeft, maar wetenschappers hebben een andere mening vandaag. Wat is het elektron op vertoon van de moderne fysica?

Geschiedenis van de naam

Zelfs in het oude Griekenland naturalisten gemerkt dat amber, pre-ingewreven met bont, trekt kleine objecten, dat wil zeggen vertoont elektromagnetische eigenschappen. De naam van het elektron van de Griekse ἤλεκτρον, waarbij "amber" betekent. De term stelde George. Stoney in 1894, hoewel het deeltje in 1897 werd ontdekt door J .. Thompson. Het was moeilijk te vinden van de oorzaak hiervan is de geringe massa en lading van het elektron werd een beslissende ervaring vinden. De eerste foto's van de deeltjes was Charles Wilson met een speciale camera, die wordt gebruikt, zelfs in de moderne experimenten en wordt genoemd in zijn eer.

Een interessant feit is dat een van de voorwaarden voor het openen van een elektron een uitspraak van Benjamin Franklin. In 1749 ontwikkelde hij de hypothese dat elektriciteit - een materiële substantie. Het in zijn werk eerst werden gebruikt termen als positieve en negatieve ladingen, condensatorontlading, batterijen en elektrische deeltjes. De specifieke lading van het elektron wordt als negatief beschouwd, en de proton - positief.

De ontdekking van het elektron

In 1846, het concept van een "atoom van elektriciteit" werd gebruikt in zijn werken, de Duitse natuurkundige Wilhelm Weber. Maykl Faradey ontdekte de term "ion", die nu is, misschien, weet alles nog op school. De vraag van elektriciteit natuur betrokken vele eminente geleerden zoals Duitse natuurkundige en wiskundige Julius Plucker, Zhan Perren, het Engels natuurkundige Uilyam Kruks, Ernest Rutherford en anderen.

Dus, voordat Dzhozef Tompson met succes zijn beroemde experiment afgerond en bleek het bestaan van een deeltje kleiner dan een atoom, in het werkveld van veel wetenschappers en de ontdekking zou onmogelijk zijn, hebben ze niet dit kolossale werk.

In 1906, Dzhozef Tompson ontving de Nobelprijs. Ervaring was als volgt: via de parallelle metalen platen van het elektrische veld, werden kathodestraal bundels geleid. Dan zouden ze op dezelfde manier hebben gedaan, maar in een spoel systeem om een magnetisch veld te creëren. Thompson gevonden dat wanneer een elektrisch veld afgebogen stralen, en deze is waargenomen met magnetische werking echter balken kathodestraalbuis bal niet verandert als ze beiden gehandeld deze velden in bepaalde verhoudingen, die afhangen van de deeltjessnelheid.

Na berekeningen Thompson geleerd dat de snelheid van deze deeltjes ligt aanzienlijk lager dan de lichtsnelheid, en dit betekent dat zij massa. Vanuit dit gezichtspunt natuurkunde gaan geloven dat de open roetdeeltjes in de atomen die vervolgens bevestigd Rutherford. Hij noemde het "een planetaire model van het atoom."

Paradoxen van de quantum wereld

De vraag wat een elektron ingewikkeld genoeg is, althans in dit stadium van de ontwikkeling van de wetenschap. Alvorens het, moet u contact opnemen met een van de paradoxen van de kwantumfysica dat zelfs de wetenschappers niet kunnen verklaren. Dit is de beroemde twee-spleet experiment, het uitleggen van het tweeledige karakter van het elektron.

De essentie is dat voor de "gun", vuren deeltjes set gestel met verticale rechthoekige opening. Achter haar is een muur, waarop zal worden waargenomen sporen van de hits. Dus, moet u eerst begrijpen hoe materie zich gedraagt. De makkelijkste manier om te zien hoe de machine tennisballen te starten. Een deel van kralen vallen in het gat, en de sporen van de wand leidt toegevoegd in een enkele verticale band. Indien op afstand toevoegen andere hetzelfde gat sporen zal vormen, respectievelijk twee banden.

De golven ook anders gedragen in een dergelijke situatie. Indien de wand sporen van een botsing met een golf laat zien, bij één opening band zal ook een. Er zijn echter dingen veranderen in het geval van de twee spleten. Golf die door de gaten, gehalveerd. Indien de top van een golf aan de onderkant van een andere, ze elkaar opheffen en het interferentiepatroon (veelvoudige verticale strepen) wordt aan de wand worden weergegeven. Plaats op de kruising van de golven een stempel en de plaatsen waar er onderlinge uitdoving, nr.

verbazingwekkende ontdekking

Met behulp van de bovenstaande experiment, kunnen wetenschappers tonen duidelijk aan de wereld het verschil tussen quantum en klassieke fysica. Toen ze begonnen met het afvuren van elektronen muur, gebeurt meestal in een verticale markering op: sommige deeltjes net als een tennisbal viel in het gat, en sommige niet. Maar dat veranderde, toen er een tweede gat. Op de muur bleek het interferentiepatroon! Eerste Physics besloten dat elektronen interfereren met elkaar en besloten om ze te laten op een rijtje. Echter, na een paar uur (snelheidsmeting elektronen is nog veel lager dan de lichtsnelheid) opnieuw begon een interferentiepatroon te tonen.

onverwachte wending

Elektronisch, samen met bepaalde andere deeltjes, zoals fotonen, vertoont een golf-deeltje dualiteit (gebruikt de term "quantum-wave dualisme"). Zoals kat Schrödinger die zowel levende en dode kan de elektronentoestand zowel corpusculair en golf zijn.

Echter, de volgende stap in dit experiment nog meer mysteries gegenereerd: een elementair deeltje, die leek alles te weten, presenteerde een ongelooflijke verrassing. Natuurkundigen besluiten te installeren in de gaten scoping apparaat te vergrendelen, via welke spleet het deeltje zijn, en hoe ze zich manifesteren als golven. Maar zodra het bewakingssysteem is gebracht aan de muur waren er slechts twee banden die overeenkomen met twee gaten, en geen interferentiepatroon! Zodra de "shadowing" gereinigd, deeltje begon weer naar de golf-eigenschappen laten zien alsof ze wist dat ze was al niemand kijkt.

Een andere theorie

Natuurkundige Born suggereerde dat het deeltje niet uitmondt in een golf letterlijk. Elektron "bevat" een golf van waarschijnlijkheid, dat geeft een interferentiepatroon. Deze deeltjes hebben de eigenschap van superpositie, wat betekent dat ze overal op een bepaalde waarschijnlijkheid, en daarom kunnen zij gepaard gaan met een dergelijke "golf".

Toch is het resultaat is duidelijk: de loutere aanwezigheid van de waarnemer van invloed op de uitkomst van het experiment. Het lijkt ongelooflijk, maar het is niet het enige voorbeeld van zijn soort. Natuurkundige experimenten werden uitgevoerd op een groot deel van de moeder uitgevoerd wanneer het voorwerp van het segment was de dunste aluminiumfolie. Wetenschappers hebben opgemerkt dat het feit van sommige metingen laat de temperatuur van het voorwerp. De aard van deze verschijnselen verklaren zij is nog niet van kracht.

structuur

Maar wat is het elektron? Op dit punt kan de moderne wetenschap deze vraag niet beantwoorden. Tot voor kort werd beschouwd als ondeelbare fundamentele deeltjes, maar nu wetenschappers zijn geneigd te geloven dat het is samengesteld uit nog kleinere structuren.

De specifieke lading van het elektron wordt ook beschouwd als een basic, maar zijn nu open quarks met fractionele lading. Er zijn verschillende theorieën over wat een elektron vormt.

Vandaag kunnen we het artikel, waarin staat dat de wetenschappers in staat waren om het elektron te verdelen zien. Echter, dit is slechts ten dele waar.

nieuwe experimenten

Sovjet-wetenschappers in de jaren tachtig van de vorige eeuw hebben aangenomen dat het elektron kan worden onderverdeeld in drie quasideeltjes. In 1996 slaagde hij erin om het te verdelen in spinon en Holon, en recent natuurkundige Van den Brink en zijn team werd verdeeld in deeltje spinon en orbiton. Echter, splitsen is alleen mogelijk in bijzondere omstandigheden te bereiken. Het experiment kan worden uitgevoerd onder omstandigheden van extreem lage temperaturen worden uitgevoerd.

Wanneer de elektronen "cool" het absolute nulpunt, ongeveer -275 graden Celsius die bijna stoppen en tussen zich een soort materie, zo overgaat in een enkel deeltje. In dergelijke omstandigheden en natuurkundige quasideeltjes kunnen waarnemen, waarvan "is" een elektron.

carriers informatie

Elektron straal zeer klein is, is gelijk aan ^2,81794. 10 ^-13 cm, maar het blijkt dat de componenten een veel kleiner formaat. Elk van de drie delen waarin heeft "verdeel" het elektron, draagt de informatie over. Orbiton, zoals de naam impliceert, bevat gegevens over de orbitale golf deeltje. Spinon die verantwoordelijk zijn voor de spin van het elektron, en Holon vertelt ons over de lading. Aldus kan de fysica afzonderlijk acht verschillende toestanden van elektronen in een sterk gekoelde materiaal. Ze slaagden erin om een paar "holon-spinon" en "spinon-orbiton" traceren, maar niet alle drie samen.

nieuwe technologieën

Natuurkundige die het elektron ontdekte moest tientallen jaren wachten voordat tot hun ontdekking in de praktijk is toegepast. Tegenwoordig technologieën gebruik te vinden in een aantal jaren, het is genoeg om grafeen te onthouden - verbazingwekkend materiaal dat bestaat uit koolstofatomen in een enkele laag. De splitsing van het elektron zou nuttig zijn? Wetenschappers voorspellen dat de oprichting van een kwantumcomputer, waarvan de snelheid, volgens hen, een paar tientallen malen groter dan dat van de krachtigste computers.

Wat is het geheim van de quantum computer-technologie? Dit kan een eenvoudige optimalisatie worden genoemd. Bij de conventionele computer, de minimale ondeelbare deel van de informatie - een beetje. En als we kijken naar de gegevens met iets visueel, iets wat voor de auto slechts twee opties. Bits kan nul of één bevatten, dat deel uitmaakt van een binaire code.

nieuwe methode

Laten we nu eens voorstellen dat in een beetje bevatte en nul, en het toestel - een "quantum bit" of "Cube". De rol van eenvoudige variabelen de spin van de elektronen spelen (het kan rechtsom of linksom). In tegenstelling tot eenvoudige bit Cube meerdere functies tegelijk kan uitvoeren, en als gevolg van deze verhoging zal snelheid, lage elektron massa en lading optreden zijn hier niet van belang.

Dit kan verklaard worden door het voorbeeld van het labyrint. Om uit te halen, moet je proberen een heleboel verschillende opties waaruit slechts één juist zal zijn. Traditionele computer lost ook problemen snel, maar op een bepaald moment kon alleen werken op een enkel probleem. Hij geeft een opsomming van alle opties op een darmkanaal, en vindt uiteindelijk een uitweg. De quantum computer, dankzij de dualiteit kyubita kan veel problemen tegelijkertijd op te lossen. Hij zal alle opties zijn niet op de lijn, en in een enkel moment in de tijd, en ook het probleem op te lossen. De moeilijkheid is alleen in het tot nu toe is het een hoop werk op quantum object te krijgen - dit zal de basis vormen voor een nieuwe generatie van de computer.

toepassing

De meeste mensen maken gebruik van een computer op het niveau van het huishouden. Met deze uitstekende werk tot nu toe en conventionele pc's, maar om bepaalde gebeurtenissen duizenden, misschien wel honderdduizenden variabelen te voorspellen, moet de machine gewoon enorm zijn. Quantum computer net zo gemakkelijk omgaan met zaken als weersvoorspelling voor een maand, de behandeling van de ramp en de voorspelling data, en zal ook het uitvoeren van complexe wiskundige berekeningen met meerdere variabelen voor een fractie van een seconde, allemaal met een processor van enkele atomen. Zo is het mogelijk, zeer binnenkort onze meest krachtige computers zijn flinterdun.

gezond blijven

Quantum computer technologie zal een enorme bijdrage aan de geneeskunde te maken. De mensheid zal in staat zijn om nanomachinery te maken met een sterk potentieel, met hun hulp, zal het mogelijk zijn om niet alleen ziekte te diagnosticeren door simpelweg te kijken naar het hele lichaam van binnenuit, maar ook om medische zorg te bieden zonder operatie: kleine robots met "brein" anders dan een computer kunnen alle bewerkingen uitvoeren.

Onvermijdelijke revolutie op het gebied van computer games. Krachtige machines die direct het probleem kunnen oplossen, in staat om spelletjes te spelen met ongelooflijk realistische graphics zal zijn, het is niet ver weg al en computer werelden met een volledige onderdompeling.