Site Loader
Posted on 04.03.1991

Электрон

Лептоны Электронное антинейтрино обнаружено

Электрон

    Электрон был открыт в 1897 г. Дж. Томсоном в экспериментах с катодными лучами. Было обнаружено, что  при электрическом разряде в газах образуются отрицательно заряженные частицы с малой массой. В таблице приведены основные характеристики электрона.

Спин,1/2
Масса, МэВ0.510998902+0.000000021
Электрический заряд, К-(1.602176462+0.000000063)·10-19
Магнитный момент, μB (μB  = eћ/2mec)1.001159652187+0.000000000004
Время жизни, лет
>4. 2·1024
Лептонное число, Le+1
Лептонные числа, Lμ, Lτ0

Этот набор квантовых чисел определяет взаимодействие электрона с другими частицами. То обстоятельство, что электрон является самой легкой отрицательно заряженной частицей, приводит к тому, что электрон — стабильная частица. Время жизни электрона по крайней мере больше 4.2·1024 лет.
    Измерения тонкой структуры атомных спектров показали, что наряду с орбитальным моментом количества движения l электрон обладает еще и внутренним моментом количества движения — спином. Понятие спина электрона в 1925 г. было введено Д. Уленбеком и С. Гаудсмитом. Проекция спина электрона (1/2 в единицах ћ) на любое выделенное направление может принимать два значения  — +1/2 и -1/2. Полный момент количества движения электрона является векторной суммой орбитального и спинового моментов

= + .

В системе координат, в которой электрон покоится, орбитальный момент l = 0 и полный момент количества движения = .
    В модели Гаудсмита и Уленбека спин был введен искусственно для объяснения наблюдаемого в эксперименте тонкого расщепления спектральных линий атомов. Существование спина электрона 1/2 следует из релятивистского уравнения П. Дирака, полученного им в 1928 г. Четыре независимых решения уравнения Дирака в случае свободного движения соответствуют частице (электрону) и античастице (позитрону) с двумя возможными ориентациями спина относительно направления импульса — s

z = +1/2 и sz = -1/2.
    Т.к. спин электрона 1/2, он является фермионом и подчиняется принципу Паули, запрещающему двум частицам находиться в одном квантовом состоянии. Принцип Паули определяет заполнение электронных оболочек атомов. Масса электрона (~0.511 МэВ) значительно меньше массы нуклона.

mp/me~ 1840.

    На исследовании электромагнитных свойств электрона основаны фундаментальные эксперименты по проверке квантовой электродинамики. В частности поэтому такие характеристики электрона как заряд, масса, магнитный момент измерены с колоссальной точностью. В результате этих проверок не было обнаружено никаких отклонений от предсказаний квантовой электродинамики. Отсюда следует, что размер электрона меньше, чем 10-17 см.
    Из релятивистского уравнения Дирака следовало, что электрон должен иметь античастицу с такой же массой, но с положительным электрическим зарядом. Такая частица — позитрон (e

+) была обнаружена в составе космических лучей. Эксперименты по сравнению масс и электрических зарядов электрона и позитрона показали, что их массы не могут отличаться более, чем на 8·10-11%, а заряды более, чем на 4·10-11%.

16.

11.15

найден способ проверить, как распределен в пространстве заряд электрона

20 января, 2021 09:23

Источник: Пресс-служба РНФ

Исследователи провели расчеты и предложили схему эксперимента, где электронная волна де Бройля выглядит как пончик (так называемый закрученный электрон) и излучает электромагнитные волны так, как будто электрический заряд находится не в малой области, а распределен по всему пончику. Если расчеты подтвердятся в экспериментах, это будет означать, что электрон, оставаясь элементарной частицей, может при определенных условиях проявлять себя как объект с некоторым пространственным распределением заряда. В современных электронных микроскопах размеры электронной волны могут достигать миллиметров – в десятки миллиардов раз больше, чем квантовый размер электрона, поэтому вопрос о том, в какой области пространства локализован заряд, играет принципиальную роль как для фундаментального понимания природы элементарных частиц, так и для целей электронной микроскопии.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review A. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Поделиться

Элементарные частицы – электроны, позитроны, мюоны и другие – могут вести себя как волны. Область пространства, где находится такая волна вероятности, обычно называется неопределенностью координаты электрона. Сам термин «неопределенность» наталкивает на мысль, что мы не знаем, где именно внутри этой фиктивной волны находится реальный электрон с классическим размером – порядка одного фемтометра (одна миллионная одной миллиардной метра) или с квантовым размером – порядка ста фемтометров. Согласно распространенной интерпретации, если бы мы могли точно установить, где именно расположен электрон внутри волны вероятности, неопределенность обратилась бы в нуль, и волна перестала бы существовать — произошел бы ее «коллапс».

Эта точка зрения согласуется с многочисленными экспериментами, в том числе по излучению электромагнитных волн: электроны всегда излучают не как пространственно протяженные волны, а, скорее, как маленькие шарики с электрическим зарядом, находящиеся в очень малой области пространства.

Волны вероятности, как и более привычные волны фотонов – частиц света, всегда расплываются по мере распространения – становятся шире, неопределенность координаты увеличивается. С самого начала квантовой механики это свойство часто рассматривалось как некоторый изъян теории, связанный лишь с нашим незнанием точного местоположения электрона. Последние эксперименты по излучению таких электронов показывают, что даже при этом такая волна излучает так, будто внутри нее находится очень маленький заряженный шарик, и весь заряд волны сосредоточен внутри шарика.

Но существует и другая «неточечная» интерпретация такой волны: заряд электрона можно представить как-бы размазанным по всей волне подобно пучку многих частиц, но с общим зарядом, равным заряду одного электрона.

За последние 10 лет физики научились придавать таким волнам различные формы, в частности, форму радуги и пончика. Если бы первая, «точечная» интерпретация электронной волны была единственно возможной, форма и размер волны вероятности не влияли бы на физические процессы, в которых принимает участие такой электрон. Однако исследователи знают, что это не так – она влияет. Электрон может вести себя и как облачко заряда определенной формы, если его положение в пространстве внутри облачка напрямую не измеряется.

«В нашей работе мы предложили схему эксперимента, в которой электронная волна имеет форму пончика – так называемый «закрученный электрон» – и излучает электромагнитные волны так, будто электрический заряд не локализован в малой области, а размазан по всему облаку. Это связано с тем, что волны сильно несимметричной формы, то есть не шарика, а, например, эллипса, пончика или радуги, приобретают дополнительную внутреннюю характеристику, называемую электрическим квадрупольным моментом.

Такой эксперимент может включать металлическую дифракционную решетку, вблизи которой движутся электроны», – рассказывает Дмитрий Карловец, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Томского государственного университета.

Расчеты показывают, что специфическая форма волны приводит к необычному эффекту – нелинейному усилению излучения, в результате чего такой закрученный электрон излучит всю свою энергию и остановится намного быстрее, чем обычный.

«Если результаты наших расчетов подтвердятся в экспериментах, это будет означать, что вторая «неточечная» интерпретация волны вероятности также возможна, а сам электрон, оставаясь элементарной частицей, может при определенных условиях проявлять себя как объект с некоторым пространственным распределением электрического заряда. Существенно, что для проведения такого эксперимента не требуется использования дорогих установок, а достаточно обычного электронного микроскопа, доступного во многих, в том числе российских лабораториях», – отмечает Дмитрий Карловец.

 

Теги

Пресс-релизы

Определение

в кембриджском словаре английского языка

Примеры из литературы
  • Электрическая искра состоит из потока электронов через пространство между двумя клеммами.
  • Катодные лучи — это быстро движущиеся электроны.
  • Прикрепление блуждающего электрона к нейтральному атому создает отрицательный ион.
  • Основным лекарством является тепло, потому что оно вызывает более высокую скорость вибрации электронов.
  • Мы видели, что электрический ток на самом деле представляет собой поток электронов.

Примеры электрона

электрона

Когда два магнитных слоя расположены близко друг к другу, они соединяются друг с другом, чтобы обмениваться электронами друг с другом.

От Phys.Org