Электрон (квазичастица)

Электрон (квазичастица)
Электрон
Символ e,\, e^-
Масса 9,10938215(45)×10−31кг,

0,510998910(13) МэВ/c2

Античастица позитрон
Классы фермион, лептон
Квантовые числа
Электрический заряд −1
Спин 1/2
Изотопический спин 0
Барионное число 0
Странность 0
Очарование 0
Другие свойства
Время жизни ∞ (не менее 4,6×1026 лет)
Схема распада
Кварковый состав

Электро́н — стабильная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет все химические свойства веществ. Движение свободных электронов обуславливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме.

Заряд электрона неделим и равен −1,602176487(40)×10−19 Кл (или −4,80320427(13)×10−10 ед. СГСЭ в системе СГС); он был впервые непосредственно измерен в экспериментах (англ.) А. Ф. Иоффе (1911) и Р. Милликена (1912). Эта величина служит единицей измерения электрического заряда других элементарных частиц (в отличие от заряда электрона, элементарный заряд обычно берётся с положительным знаком). Масса покоя электрона равна 9,10938215(45)×10−31 кг.[1]

~{m_e}=9,10938215(45)~{\cdot}~10^{-31} кг — масса электрона.

~{e_0}=-1,602176487(40)~{\cdot}~10^{-19} Кл — заряд электрона.

~{\frac{e_0}{m_e}}=-1,758804786~{\cdot}~10^{11} Кл/кг — удельный заряд электрона на единицу массы.

~s={\frac{1}{2}}{\hbar}спин электрона в единицах ~{\hbar}

Согласно современным представлениям физики элементарных частиц, электрон неделим и бесструктурен (как минимум до расстояний 10−17 см). Электрон участвует в слабых, электромагнитных и гравитационных взаимодействиях. Он принадлежит к группе лептонов и является (вместе со своей античастицей, позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. До открытия массы нейтрино электрон считался наиболее лёгкой из массивных частиц — его масса примерно в 1836 раз меньше массы протона. Спин электрона равен 1/2, и, таким образом, электрон относится к фермионам. Как и любая заряженная частица со спином, электрон обладает магнитным моментом, причем магнитный момент делится на нормальную часть и аномальную (англ.). Иногда к электронам относят как собственно электроны, так и позитроны (например, рассматривая их как общее электрон-позитронное поле, решение уравнения Дирака). В этом случае отрицательно заряженный электрон называют негатроном, положительно заряженный — позитроном.

Находясь в периодическом потенциале кристалла, электрон рассматривается как квазичастица, эффективная масса которой может значительно отличаться от массы покоя электрона.

Содержание

Этимология и история открытия

Название «электрон» происходит от греческого слова ήλεκτρον, означающего «янтарь»: ещё в древней Греции естествоиспытателями проводились эксперименты — куски янтаря тёрли шерстью, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы. Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в электрохимии был предложен[2] Дж. Дж. Стоуни (англ.) в 1894 (сама единица была введена им в 1874). Открытие электрона как частицы принадлежит Дж. Дж. Томсону, который в 1897 установил, что отношение заряда к массе для катодных лучей не зависит от материала источника. (см. Открытие электрона)

Использование

В большинстве источников низкоэнергетичных электронов используются явления термоэлектронной эмиссии и фотоэлектронной эмиссии. Высокоэнергетичные, с энергией от нескольких кэВ до нескольких МэВ, электроны излучаются в процессах бета-распада и внутренней конверсии радиоактивных ядер. Электроны, излучаемые в бета-распаде, иногда называют бета-частицами или бета-лучами. Источниками электронов с более высокой энергией служат ускорители.

Движение электронов в металлах и полупроводниках позволяет легко переносить энергию и управлять ею; это является одной из основ современной цивилизации и используется практически повсеместно в промышленности, связи, информатике, электронике, в быту. Скорость дрейфа электронов в проводниках очень мала(~0,1-1 мм/с), однако электрическое поле распространяется со скоростью света. В связи с этим ток во всей цепи устанавливается практически мгновенно.

Пучки электронов, ускоренные до больших энергий, например, в линейных ускорителях, являются одним из основных средств изучения строения атомных ядер и природы элементарных частиц. Более прозаическим применением электронных лучей являются телевизоры и мониторы с электронно-лучевыми трубками (кинескопами). Электронный микроскоп также использует способность электронных пучков подчиняться законам электронной оптики. До изобретения транзисторов практически вся радиотехника и электроника были основаны на вакуумных электронных лампах, где применяется управление движением электронов в вакууме электрическими (иногда и магнитными) полями. Электровакуумные приборы продолжают ограниченно использоваться и в наше время; наиболее распространённые применения — магнетроны в генераторах микроволновых печей и вышеупомянутые электронно-лучевые трубки в телевизорах и мониторах.

Электрон как квазичастица

Если электрон находится в периодическом потенциале, его движение рассматривается как движение квазичастицы. Его состояния описываются квазиволновым вектором. Основной динамической характеристикой в случае квадратичного закона дисперсии является эффективная масса, которая может значительно отличаться от массы свободного электрона и в общем случае является тензором.


Квазичастицы
Биэкситон | Дырка | Куперовская пара | Магнон | Орбитон | Плазмон | Поляритон | Полярон | Фазон | Флуктуон | Фонон | Экситон

Электрон и Вселенная

Известно[3], что из каждых 100 нуклонов во Вселенной, 87 являются протонами и 13 — нейтронами (последние в основном входят в состав ядер гелия). Для обеспечения общей нейтральности вещества число протонов и электронов должно быть одинаково. Плотность барионной (наблюдаемой оптическими методами) массы, которая состоит в основном из нуклонов, достаточно хорошо известна (один нуклон на 0,4 кубического метра)[4]. С учётом радиуса наблюдаемой Вселенной (13,7 млрд световых лет) можно подсчитать, что число электронов в этом объёме составляет ~1080.

Электрон в произведениях мировой культуры

Известное стихотворение Валерия Брюсова «Мир электрона» было написано 13 августа 1922 г. [1]. Его первое четверостишие:

Быть может, эти электроны
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!

Примечания

  1. Фундаментальные константы, утверждённые NIST.
  2. Stoney, G. Johnstone, «Of the 'Electron,' or Atom of Electricity». Philosophical Magazine. Series 5, Volume 38, p. 418—420 October 1894.
  3. Richard N. Boyd Big bang nucleosynthesis // Nuclear Physics A. — 2001. — Т. 693. — № 1-2. — С. 249-257.
  4. ASTROPHYSICAL CONSTANTS AND PARAMETERS

Литература

  • Все известные свойства электрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [2].

См. также



 
  Квантовая электродинамика

Электрон | Позитрон | Фотон
Аномальный магнитный дипольный момент
Позитроний


Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Электрон (квазичастица)" в других словарях:

  • Электрон (физич.) — Электрон Символ Масса 9,10938215(45)×10−31кг, 0,510998910(13) МэВ/c2 Античастица позитрон Классы фермион, лептон …   Википедия

  • Электрон (частица) — Электрон Символ Масса 9,10938215(45)×10−31кг, 0,510998910(13) МэВ/c2 Античастица позитрон Классы фермион, лептон …   Википедия

  • КВАЗИЧАСТИЦА — (элементарное возбуждение) фундаментальное понятие квантовой теории многих тел, введение к рого радикально упрощает физ. картину и методы описания широкого круга процессов в системах многих частиц с сильным взаимодействием, в т …   Физическая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРОН-ФОНОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — взаи модействие между двумя подсистемами квазичастиц в твёрдых телах, а именно, носителями заряда ( блоховскими электронами в металлах, полупроводниках и диэлектриках или дырками в этих веществах) и тепловыми колебаниями кристаллич. решётки… …   Физическая энциклопедия

  • Электрон — У этого термина существуют и другие значения, см. Электрон (значения). Электрон Символ Масса 9,10938291(40)·10−31кг[1], 0,510998928(11) МэВ …   Википедия

  • Квазичастица — квант коллективного колебания или возмущения многочастичной системы, обладающий определённой энергией и, как правило, импульсом (например, фонон). Между квазичастицами и обычными элементарными частицами существует ряд сходств и отличий. Во многих …   Википедия

  • Словарь терминов физики полупроводников — Эта страница глоссарий …   Википедия

  • Негатрон (физика) — Электрон Символ Масса 9,10938215(45)×10−31кг, 0,510998910(13) МэВ/c2 Античастица позитрон Классы фермион, лептон …   Википедия

  • Электроны — Электрон Символ Масса 9,10938215(45)×10−31кг, 0,510998910(13) МэВ/c2 Античастица позитрон Классы фермион, лептон …   Википедия

  • Полярон —         электрон, двигающийся по кристаллу вместе с вызываемой им деформацией решётки. Понятие введено советским физиком С. И. Пекаром. П. составная квазичастица (См. Квазичастицы): электрон + связанные с ним Фононы. Введение П. позволяет… …   Большая советская энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»