¿Que é un electrón? A masa ea carga dun electrón

Electron - unha partícula fundamental, un dos que son as unidades estruturais da materia. Segundo a clasificación é un fermión (partícula cunha media integrante rotación, en homenaxe físico Enrico Fermi) e léptons (partículas con spin semi-enteiro, non participan na interacción forte, un dos catro principais na física). número baryon do electrón é igual a cero, así como outros leptones.

Ata hai pouco, críase que o electrón - un elemental, que é indivisible, que non ten estrutura dunha partícula, pero os científicos teñen unha opinión diferente hoxe. Cal é o electrón na presentación da física moderna?

Historial do nome

Mesmo en antigos naturalistas Grecia notado que o ámbar, pre-fregada con pel, atrae pequenos obxectos, é dicir, presenta propiedades electromagnéticas. O nome do electrón recibido do ἤλεκτρον grego, que significa "ámbar". O termo suxeriu George. Stoney en 1894, aínda que a partícula foi descuberta por J .. Thompson en 1897. Foi difícil atopar a causa diso é a pequena masa e carga do electrón tornouse para atopar unha experiencia decisiva. As primeiras fotos das partículas foi Charles Wilson cunha cámara especial, que se usa incluso en experimentos modernos e é nomeado no seu honor.

Un feito interesante é que unha das condicións previas para a apertura dun electrón é unha frase de Benjamin Franklin. En 1749, el desenvolveu a hipótese de que a electricidade - unha substancia material. E nas súas obras foron termos utilizados por primeira vez, como cargas positivas e negativas, de descarga do capacitor, batería e partículas eléctricas. A carga específica do electrón é considerado negativo, eo protón - positivo.

O descubrimento do electrón

En 1846, o concepto dun "átomo de electricidade" foi usado nos seus traballos, o físico alemán Wilhelm Weber. Maykl Faradey descubriu o termo "ion", que é agora, quizais, saber todo aínda na escola. O tema da enerxía eléctrica natureza implica moitos eminentes estudiosos como o físico e matemático alemán Julius Pluck, Zhan Perren, o físico inglés Uilyam Kruks, Ernest Rutherford e outros.

Así, antes de Dzhozef Tompson Feito con éxito a súa famosa experiencia e demostrou a existencia dunha partícula menor que un átomo, no traballo de campo de moitos científicos e descubrimento sería imposible, eles non fixeron este traballo colosal.

En 1906, Dzhozef Tompson recibiu o Premio Nobel. A experiencia foi a seguinte: a través das placas metálicas paralelas do campo eléctrico, os feixes de raios catódicos foron pasados. A continuación, eles terían feito da mesma maneira, pero en un sistema de bobina para crear un campo magnético. Thompson atopou que cando un campo eléctrico desvía feixes, eo mesmo é observado con acción magnética, con todo feixes traxectoria de raios catódicos non cambiou se actuasen ambos estes campos en certas proporcións, que dependen da velocidade das partículas.

Despois de cálculos Thompson aprendido que a velocidade destas partículas é significativamente menor que a velocidade da luz, e isto significa que eles teñen masa. A partires de física pasaron a crer que a partícula aberta tema incluído nos átomos que posteriormente confirmadas por Rutherford. El o chamou de "un modelo planetario do átomo."

Paradoxos do mundo cuántico

O tema do que constitúe unha suficiente electróns complicado, polo menos nesta fase de desenvolvemento da ciencia. Antes de considerar iso, ten que poñerse en contacto con un dos paradoxos da física cuántica que mesmo os científicos non poden explicar. Esta é a famosa experiencia das dúas fendas, explicando a natureza dual do electrón.

A súa esencia é que antes de "arma", disparando partículas, cadro definido con apertura rectangular vertical. Detrás dela é unha parede, no que será observado vestixios dos accesos. Entón, primeiro cómpre entender como a materia se comporta. O xeito máis doado para ver como comezar as bolas de tenis máquina. Parte de esfera caen dentro do orificio, e os restos dos resultados de pantalla en engadido nunha única franxa vertical. A unha certa distancia para engadir máis os mesmos trazos burato pode formar respectivamente, dúas bandas.

As ondas tamén se comportan de xeito diferente en tal situación. Se a obra amosar vestixios dunha colisión cunha onda, no caso dunha banda de apertura será tamén un. Con todo, as cousas están cambiando no caso das dúas fendas. Ola que pasa a través dos orificios, divididos polo medio. Se o principio dunha onda atopa na parte inferior da outra, elas se cancelan un ao outro, eo patrón de interferencia (múltiples faixas verticais) aparece na pantalla. Pon no cruzamento das ondas vai deixar unha marca, e os lugares onde había tempero mutuo, non.

descubrimento sorprendente

Coa axuda do experimento anterior, os científicos poden demostrar claramente ao mundo a diferenza entre física cuántica e clásica. Cando comezaron a tirar electróns parede, xeralmente ocorre nunha marca vertical sobre el: algunhas partículas como unha pelota de tenis caeu no foso, e outros non. Pero todo iso mudou cando houbo un segundo buraco. Na parede revelou o patrón de interferencia! Primeiro Física decidiu que os electróns interfiren entre si e decidiu deixar los un por un. Con todo, tras un par de horas (velocidade de electróns en movemento aínda é moito menor que a velocidade da luz) de novo comezou a mostrar un patrón de interferencia.

rumbo inesperado

Electrónico, xunto con certas outras partículas, como fotóns, exhibe unha dualidade onda de partículas (tamén usa o termo "dualidade onda cuántica"). Como gato de Schrödinger que vivo e morto, o estado de electróns pode ser tanto corpuscular e onda.

Con todo, o seguinte paso neste experimento xerou aínda máis misterios: unha partícula fundamental, que parecía saber todo, presentou unha sorpresa incrible. Físicos decide instalar no dispositivo de ámbito buratos para bloquear, por medio do cal fenda a partícula, e como maniféstanse como ondas. Pero así que foi posto mecanismo de seguimento na parede, había só dúas bandas correspondentes a dous furados, e ningún patrón de interferencia! Así como a "sombra" limpo, partícula comezou de novo para amosar as propiedades de onda como se soubese que era xa ninguén está mirando.

outra teoría

Físico nacido suxeriu que a partícula non se converta nunha onda literalmente. Elektron "contén" unha onda de probabilidade, que dá un nivel de interferencia. Estas partículas teñen a propiedade de superposición, o que significa que pode estar en calquera lugar a unha certa probabilidade, e, polo tanto, que pode ser acompañado por un tal "ola".

Con todo, o resultado é obvio: a mera presenza do observador afecta o resultado do experimento. Parece incrible, pero non é o único exemplo de seu tipo. experiencias físicas foron realizados sobre unha gran parte da matriz, xa que o obxectivo do segmento foi a folla de aluminio máis fina. Científicos observaron que o simple feito de algunhas medicións afectar a temperatura do obxecto. A natureza destes fenómenos que explican aínda non está en vigor.

estrutura

Pero o que constitúe o electrón? Neste punto, a ciencia moderna non pode responder a esta pregunta. Ata hai pouco era considerado partículas fundamentais indivisibles, pero agora os científicos están inclinados a crer que está composto de estruturas aínda menores.

A carga específica do electrón tamén é considerado un básico, pero agora son quarks abertos con carga fraccionada. Existen varias teorías sobre o que constitúe un electrón.

Hoxe podemos ver o artigo, que afirma que os científicos foron capaces de dividir o electrón. Con todo, iso é só parcialmente certo.

novos experimentos

Os científicos soviéticos atrás na década dos oitenta do século pasado asumir que o electrón pode ser dividido en tres quasiparticles. En 1996 conseguiu dividídelo en spinon e Holon, e, recentemente, o físico Van den Brink eo seu equipo foi dividida en spinon partículas e orbiton. Con todo, a división é posible alcanzar só en circunstancias especiais. A experiencia pode ser realizada en condicións de temperaturas moi baixas.

Cando os electróns son "cool" do cero absoluto, que é de preto de -275 graos Celsius, eles case parar e forma entre eles unha especie de cuestión, fundindo nunha única partícula. En tales circunstancias, e os físicos poden observar quasipartículas, de que "é" un electrón.

información operadores

raio de electróns é moi pequena, é igual a ^2,81794. 10 ^-13 cm, pero verifícase que os seus compoñentes teñen un tamaño moito menor. Cada unha das tres partes nas que conseguiron "dividir" o electrón, leva a información sobre el. Orbiton, como o nome indica, contén datos sobre a partícula de onda orbital. Spinon responsable da rotación do electrón, e Holon nos di sobre a carga. Así, a física pode observar separado diferentes estados de electróns nun material fortemente arrefecida. Conseguiron trazar un par de "holon-spinon" e "spinon-orbiton", pero non todos os tres xuntos.

novas tecnoloxías

O físico que descubriu o electrón tivo que esperar varias décadas antes, ata o seu descubrimento foi aplicado na práctica. Hoxe en día as tecnoloxías atopar o seu uso en varios anos, é o suficiente para lembrar o grafeno - material de incrible consistía de átomos de carbono nunha única capa. A división do electrón sería útil? Os científicos prevén que a creación dun ordenador cuántico, a velocidade dos cales, segundo eles, algunhas decenas de veces maior que a de ordenadores máis potentes de hoxe.

Cal é o segredo da tecnoloxía ordenador cuántico? Isto pode ser chamado unha optimización simple. No ordenador convencional, a parte mínima indivisible da información - un pouco. E se consideramos os datos con algo visual, algo para o coche só dúas opcións. Bit pode conter cero ou un, que é parte dun código binario.

novo método

Agora imos imaxinar que en algo contido e cero, ea unidade - un "bit cuántico" ou "Cube". O papel de variables simples xogará o spin do electrón (que pode xirar no sentido horario ou anti-horario). A diferenza Cube pouco simple pode realizar varias funcións simultaneamente, e debido a este aumento pode ocorrer velocidade, baixa masa do electrón e de carga non son importantes aquí.

Isto pode ser explicado polo exemplo do labirinto. Para saír dela, ten que tentar unha morea de diferentes opcións de que un será correcta. ordenador tradicional aínda resolve problemas rapidamente, pero á vez só podería funcionar nun único problema. El enumera todas as opcións nun trato, e finalmente atopa unha saída. O ordenador cuántico, grazas á kyubita dualidade pode resolver moitos problemas á vez. Ha revisar todas as opcións non estamos na liña, e nun único momento no tempo, e tamén resolver o problema. A dificultade é só na medida é obter unha gran cantidade de traballo en obxecto cuántico - esta será a base para unha nova xeración de ordenador.

aplicación

A maioría da xente usa un ordenador a nivel doméstico. Con este excelente traballo ata agora e PCs convencionais, pero para prever eventos específicos miles, quizais centos de miles de variables, a máquina debe ser simplemente enorme. ordenador cuántico tan facilmente xestionar as cousas como previsión do tempo para un mes, o tratamento de desastre e os datos de previsión, e tamén pode realizar cálculos matemáticos complexos, con múltiples variables para unha fracción de segundo, todos con un procesador de poucos átomos. Por iso, é posible, moi pronto os nosos ordenadores máis potentes son papel fino.

Manter-se saudable

tecnoloxía ordenador cuántico vai facer unha enorme contribución á medicina. A humanidade será capaz de crear nanomachinery con forte potencial, coa súa axuda, pode non só para diagnosticar a enfermidade por simplemente ollar para todo o corpo de dentro, pero tamén para prestar coidados médicos sen cirurxía: robots minúsculos con "cerebros" outros que un ordenador pode realizar todas as operacións.

Revolución inevitable no campo de xogos de ordenador. máquinas poderosas que poden resolver inmediatamente o problema, será capaz de xogar xogos con gráficos incrible realista, non está moi lonxe e xa mundos de ordenador cunha inmersión completa.