Ano ang isang electron? Ang masa at bayad ng isang elektron

Electron - isang pangunahing maliit na butil, ang isa sa mga na ang estruktural yunit ng bagay na ito. Ayon sa pag-uuri ay isang fermion (maliit na butil na may half-integral spin, na pinangalanang matapos ang physicist Enrico Fermi) at lepton (particle na may half-integer magsulid, huwag lumahok sa malakas na pakikipag-ugnayan, isa sa apat na major sa physics). Baryon bilang ng mga electron ay zero, pati na rin ang iba pang mga lepton.

Hanggang kamakailan, ito ay pinaniniwalaan na ang mga elektron - isang elementarya, iyon ay hindi mapaghihiwalay, na walang istraktura ng isang maliit na butil, ngunit siyentipiko ay may iba't ibang opinyon araw na ito. Ano ang elektron sa pagtatanghal ng modernong physics?

Kasaysayan ng pangalan

Kahit na sa sinaunang Greece naturalists napansin na amber, pre-hadhad na may balahibo, umaakit maliliit na bagay, ie nagpapakita electromagnetic mga katangian. Ang pangalan ng electron na natanggap mula sa salitang Griyego na ἤλεκτρον, na nangangahulugan "amber". Ang terminong iminungkahing George. Stoney noong 1894, kahit na ang maliit na butil ay natuklasan sa pamamagitan ng J .. Thompson sa 1897. Ito ay mahirap upang mahanap ang sanhi ng mga ito ay ang maliit na mass at singil ng elektron ay naging upang mahanap ang isang hindi mapag-aalinlanganan na karanasan. Ang unang mga larawan ng mga particle ay Charles Wilson na may isang espesyal na kamera, na kung saan ay ginagamit kahit na sa modernong mga eksperimento at ay pinangalanan sa kanyang karangalan.

Ang isang kawili-wiling katotohanan ay na ang isa sa mga preconditions para sa pagbubukas ng isang elektron ay isang kasabihan ng Benjamin Franklin. Noong 1749 siya binuo ang teorya na kuryente - isang materyal na substansiya. Ito ay nasa kanyang mga gawa ay unang ginamit termino tulad ng positibo at negatibong mga singil, kapasitor naglalabas, baterya at mga de-koryenteng particle. Ang tiyak na mga singil ng elektron ay itinuturing na negatibo, at ang mga proton - positibo.

Ang pagtuklas ng mga elektron

Noong 1846, ang konsepto ng isang "atom ng kuryente" ay ginamit sa kanyang mga gawa, ang Aleman pisisista Wilhelm Weber. Maykl Faradey natuklasan ang terminong "ion", na ngayon ay, marahil, alam ang lahat pa rin sa paaralan. Ang tanong ng kuryente kalikasan kasangkot maraming mga bantog mga iskolar tulad ng Aleman pisisista at dalubbilang Julius Plücker, Zhan Perren, ang Ingles pisisista Uilyam Kruks, Ernest Rutherford at iba pa.

Kaya, bago Dzhozef Tompson Matagumpay na nakumpleto ang kanyang sikat na eksperimento at proved ang pagkakaroon ng isang maliit na butil mas maliit kaysa sa isang atom, sa field gawain ng maraming mga siyentipiko at ang pagtuklas ay magiging imposible ito, hindi nagawa ito napakalaki gawain.

Noong 1906, Dzhozef Tompson natanggap ang Nobel Prize. Karanasan ay tulad ng sumusunod: sa pamamagitan ng parallel metal plate ng electrical field, katod ray beam ay lumipas. Pagkatapos nagawa na nila sa parehong paraan, ngunit sa isang sistema likawin upang lumikha ng isang magnetic field. Thompson natagpuan na kapag ang isang electric field pinalihis beams, at ang parehong ay sinusunod na may magnetic pagkilos, gayunpaman beams katod ray trajectory hindi nagbago kung sila kumilos pareho ng mga patlang na ito sa ilang mga sukat, na kung saan ay depende sa ang maliit na butil kabilisan.

Pagkatapos kalkulasyon Thompson natutunan na ang bilis ng mga particle ay makabuluhang mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag, at ito sinadya na sila ay may masa. Mula sa puntong ito ng pisika ay may dumating upang maniwala na ang mga bukas na butil matter kasama sa atoms na magkakasunod na nakumpirma na sa pamamagitan Rutherford. Tinawag niya itong "isang planetary modelo ng atom."

Paradoxes ng ang kabuuan mundo

Ang tanong ng kung ano ang bumubuo ng isang elektron kumplikado sapat na, hindi bababa sa ito yugto ng pag-unlad ng agham. Bago isinasaalang-alang ito, kailangan mong makipag-ugnayan sa isa sa mga paradoxes ng quantum physics na kahit na ang mga siyentipiko ay hindi maaaring ipaliwanag. Ito ang sikat na eksperimento dalawang-punit, na nagpapaliwanag ng mga dual likas na katangian ng elektron.

Ang kakanyahan ay na bago ang "gun", pagpapaputok particle, i-set frame na may vertical hugis-parihaba pagbubukas. Sa likod ng kanyang ay isang pader, na kung saan ay na-obserbahan bakas ng hits. Kaya, kailangan mo munang maunawaan kung paano mahalaga kung behaves. Ang pinakamadaling paraan upang makita kung paano upang simulan ang machine tennis bola. Bahagi ng kuwintas mahulog sa mga butas, at ang mga bakas ng mga resulta pader sa idinagdag sa isang solong vertical band. Kung sa isang tiyak na distansya upang magdagdag ng isa pang parehong butas bakas ay form, ayon sa pagkakabanggit, dalawang banda.

Ang mga wave din kumilos na naiiba sa ganitong sitwasyon. Kung ang pader ay magpapakita sa bakas ng isang banggaan sa isang wave, sa kaso ng isang pambungad na band ay din isa. Gayunman, ang mga bagay ay nagbabago sa kaso ng dalawang slits. Wave ng pagpasa sa pamamagitan ng mga butas, na hinati sa kalahati. Kung ang tuktok ng isang alon ay nakakatugon sa ilalim ng isa pang, sila kanselahin ang bawat isa, at ang pagkagambala pattern (maramihang vertical guhitan) ay lilitaw sa pader. Ilagay sa intersection ng ang mga alon ay mag-iwan ng marka, at ang mga lugar kung saan nagkaroon mutual pagsusubo, hindi.

kahanga-hangang pagtuklas

Sa tulong ng mga nasa itaas na eksperimento, siyentipiko ay maaaring malinaw na ipakita sa mundo ang pagkakaiba sa pagitan quantum at klasikal pisika. Kapag sinimulan nila pagpapaputok electron wall, kadalasan ay nangyayari sa isang vertical mark dito: tulad ng ilang mga particle lamang ng isang tennis ball nahulog sa ang puwang, at ang ilan ay hindi. Ngunit nagbago na ang lahat, kapag nagkaroon ng isang pangalawang hole. Sa pader nagsiwalat ang panghihimasok pattern! First Physics nagpasya na electron makagambala sa bawat isa at nagpasya na ipaalam sa mga ito ng isa sa pamamagitan ng isa. Gayunpaman, pagkatapos ng dalawang oras (bilis ng paglipat ng mga electron ay pa rin mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag) ay muling nagsimulang upang ipakita ang isang pagkagambala pattern.

hindi inaasahang pagliko

Electronic, kasama ng ilang mga iba pang mga particle tulad ng mga photons, exhibits ng isang alon-tinga duality (Gumagamit din ang terminong "kuwantum-wave dualism"). Tulad ng pusa Schrödinger na parehong buhay at patay, ang mga elektron estado ay maaaring maging parehong korpuskulo at wave.

Gayunpaman, ang susunod na hakbang sa eksperimento na ito ay nakabuo ng higit pang mga misteryo: isang pangunahing butil, na kung saan tila upang malaman ang lahat ng bagay, iniharap isang napakalaking sorpresa. Physicists magpasya upang i-install sa butas scoping aparato upang i-lock, kung saan ginilitan ang maliit na butil, at kung paano manifest nila ang kanilang mga sarili pati na waves. Ngunit sa lalong madaling ito ay ilagay sa pagsubaybay mekanismo sa pader mayroong lamang ng dalawang banda na naaayon sa dalawang butas, at walang pagkagambala pattern! Sa lalong madaling bilang ang "pagsosombra" nalinis, maliit na butil ay nagsimulang muli upang ipakita ang mga katangian wave tulad ng kung siya alam na siya ay mayroon na walang nanonood.

Ang isa pang teorya

Pisikong si Born iminungkahi na ang maliit na butil ay hindi maging isang wave literal. Elektron "ay naglalaman ng" isang wave ng bagay na maaaring mangyari, na nagbibigay ito ng isang pagkagambala pattern. Ang mga particle ay may pag-aari ng superposisyon, ibig sabihin ay maaari silang maging kahit saan sa isang tiyak na bagay na maaaring mangyari, at samakatuwid sila ay sinamahan ng tulad ng isang "alon".

Gayunpaman, ang mga resulta ay kitang-kita: ang galos lamang presensya ng mga tagamasid ay nakakaapekto sa kinalabasan ng eksperimento. Mukhang hindi kapani-paniwala, ngunit ito ay hindi lamang ang halimbawa ng uri nito. Physics eksperimento ay natupad sa isang malaking bahagi ng ang ina, sa sandaling ang object ng segment ay ang thinnest aluminum foil. Siyentipiko ay may kilala na ang halos katunayan ng ilang mga measurements nakakaapekto sa temperatura ng mga bagay. Ang likas na katangian ng mga phenomena na ipaliwanag nila ay hindi pa ipinatutupad.

kaayusan

Ngunit kung ano ang bumubuo sa mga electron? Sa puntong ito, makabagong agham ay hindi maaaring sagutin ang tanong na ito. Hanggang kamakailan lamang ito ay itinuturing hindi mahahati pangunahing mga particle, ngunit ngayon siyentipiko ay may hilig sa naniniwala na ito ay binubuo ng kahit na mas maliit na mga istraktura.

Ang tiyak na mga singil ng elektron isinasaalang-alang din ng isang pangunahing, ngunit ngayon ay bukas na quark na may fractional charge. Mayroong ilang mga theories bilang sa kung ano ang bumubuo ng isang elektron.

Ngayon maaari naming makita ang mga artikulo, na nagsasaad na ang mga siyentipiko ay able sa paghati-hatiin ang mga elektron. Gayunpaman, ito ay lamang bahagyang totoo.

bagong eksperimento

Sobiyet siyentipiko pabalik sa eytis ng huling siglo ay ipinapalagay na ang mga elektron ay maaaring nahahati sa tatlong quasiparticles. Noong 1996 siya pinamamahalaang upang hatiin ito sa spinon at Olon, at kamakailan physicist Van den Brink at ang kanyang koponan ay nahahati sa maliit na butil spinon at orbiton. Gayunman, ang paghahati ay posible upang makamit lamang sa mga espesyal na pangyayari. maaaring natupad eksperimento sa ilalim ng mga kondisyon ng lubhang mababang mga temperatura.

Kapag ang mga electron ay "cool" na absolute zero, na kung saan ay tungkol sa -275 degrees Celsius, halos sila titigil at anyo pagitan ng mga ito isang uri ng matter, kung merging sa isang solong maliit na butil. Sa ganoong pangyayari, at physicists ay maaaring obserbahan quasiparticles, kung saan "ay" isang elektron.

carrier impormasyon

Electron radius ay napakaliit, ito ay katumbas ng ^2.81794. 10 ^-13 cm, ngunit ito ay lumiliko out na ang mga bahagi nito ay may isang mas maliit na sukat. Ang bawat isa sa tatlong mga bahagi sa kung saan pinamamahalaang upang "hatiin" elektron, nagdadala ng impormasyon tungkol dito. Orbiton, pati na ang pangalan nagpapahiwatig, ito ay naglalaman ng data sa ang orbital wave particle. Spinon responsable para sa spin ng mga elektron, at Olon ay nagsasabi sa amin ang tungkol sa bayad. Sa gayon, ang pisika ay maaaring hiwalay obserbahan iba't ibang mga estado ng mga electron sa isang Matindi cooled materyal. Sila pinamamahalaang upang bakas ng isang pares ng mga "holon-spinon" at "spinon-orbiton", ngunit hindi ang lahat ng tatlong magkasama.

mga bagong teknolohiya

Pisisista na natuklasan ang mga elektron nagkaroon na maghintay ng ilang dekada bago hanggang sa kanilang pagtuklas ay na-apply sa kasanayan. Ngayong mga araw na teknolohiya makahanap ng paggamit sa ilang mga taon, ito ay sapat na upang maalala graphene - kahanga-hangang mga materyal na binubuo ng carbon atoms sa isang solong layer. Ang paghahati ng mga elektron ay magiging kapaki-pakinabang? Siyentipiko mahuhulaan na ang paglikha ng isang quantum computer, ang bilis kung saan, ayon sa kanila, ang ilang mga sampu-sampung beses na mas malaki kaysa sa mga pinaka-makapangyarihang mga computer ngayon.

Ano ang lihim ng kabuuan teknolohiya computer? Ito ay maaaring tinatawag na isang simpleng pag-optimize. Sa maginoo computer, ang minimum na mapaghihiwalay bahagi ng impormasyon - isang bit. At kung isaalang-alang namin ang mga data sa isang bagay visual, isang bagay na para sa mga kotse lamang dalawang pagpipilian. Bit maaaring maglaman ng alinman sa zero o isa, iyon ay bahagi ng isang binary code.

bagong paraan

Ngayon sabihin isipin na sa isang bit na nakapaloob at zero, at ang yunit - isang "quantum bit" o "Cube". Ang papel na ginagampanan ng mga simpleng mga variable magpe-play ang spin ng elektron (maaari itong i-rotate mag-clockwise o counter-clockwise). Hindi tulad ng simpleng bit Cube ay maaaring gumanap ng ilang mga pag-andar nang sabay-sabay, at dahil sa pagtaas na ito ay magaganap bilis, mababang elektron masa at bayad ay hindi mahalaga dito.

Ito ay maaaring ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga halimbawa ng labyrinth. Upang makakuha ng out ng mga ito, kailangan mong subukan ang isang pulutong ng mga iba't ibang mga pagpipilian mula sa kung saan isa lamang ay magiging tama. Tradisyonal na computer kahit na malulutas nito ang problema nang mabilis, gayon pa man sa isang pagkakataon ay maaaring gumana lamang sa isang solong problema. Siya enumerates ang mga opsiyon sa isang tract, at sa huli ay hahanap ng isang paraan out. Ang kuwantum computer, salamat sa duality kyubita maaaring malutas ang maraming mga problema nang sabay-sabay. Siya suriin ang lahat ng mga pagpipilian ay hindi sa linya, at sa isang solong sandali sa oras, at din na malutas ang problema. Ang kahirapan ay lamang sa gana ay upang makakuha ng isang pulutong ng mga trabaho sa quantum object - ito ay ang batayan para sa isang bagong henerasyon ng mga computer.

application

Karamihan sa mga tao gumamit ng isang computer sa antas ng sambahayan. Gamit ang mahusay na trabaho sa ngayon at maginoo PC, ngunit upang mahulaan libu-libong mga mismong kaganapan, marahil daan-daang libo ng mga variable, ang machine ay dapat na lamang napakalaking. Quantum computer bilang madaling makaya sa mga bagay tulad ng hula ng panahon para sa isang buwan, sa paggamot ng sakuna at data hula nito, at magtatabi rin magsagawa ng mga kumplikadong matematikal na computations na may maramihang mga variable para sa isang bahagi ng isang segundo, ang lahat na may isang processor ng ilang atoms. Kaya ito ay posible, sa lalong madaling panahon ang aming pinaka-makapangyarihang mga computer ay papel-manipis.

pananatiling malusog

Quantum computer na teknolohiya ay gumawa ng isang malaking kontribusyon sa gamot. Ang sangkatauhan ay maaaring lumikha ng nanomachinery na may malakas na potensyal, sa kanilang mga tulong, ito ay magiging posible hindi lamang upang mag-diagnose ng sakit sa pamamagitan lamang ng pagtingin sa mga buong katawan mula sa loob, ngunit din na magbigay ng medikal na pangangalaga na walang surgery: maliliit na robot na may "utak" maliban sa isang computer ay maaaring isagawa ang lahat ng mga operasyon.

Maiiwasang rebolusyon sa larangan ng computer games. Malakas na machine na maaaring agad na malutas ang problema, ay magagawang upang i-play mga laro na may hindi kapani-paniwalang makatotohanang graphics, ito ay hindi malayo off na at computer na mundo na may isang buong pagsasawsaw.