Què és un electró? La massa i la càrrega d'un electró

Electron - una partícula fonamental, un dels que són les unitats estructurals de la matèria. Segons la classificació és un fermió (partícula amb un mitjà-gir integral, el nom de físic Enrico Fermi) i leptons (partícules amb espín de mig sencer, no participen en la interacció forta, un dels quatre principals en la física). nombre Baryon de l'electró és igual a zero, així com altres leptons.

Fins fa poc es creia que l'electró - una escola primària, que és indivisible, que no té una estructura d'una partícula, però els científics tenen una opinió diferent avui dia. Quin és l'electró en la presentació de la física moderna?

Història del nom

Fins i tot en l'antiga Grècia naturalistes notat que l'ambre, prèviament fregat amb la pell, atrau els objectes petits, és a dir, presenta propietats electromagnètiques. El nom de l'electró va rebre del ἤλεκτρον grec, que significa "ambre". El terme va suggerir George. Stoney en 1894, encara que la partícula va ser descoberta per J .. Thompson el 1897. Va ser difícil trobar la causa d'això és la petita massa i càrrega de l'electró es va tornar a trobar una experiència decisiva. Les primeres imatges de les partícules ser Charles Wilson amb una càmera especial, que s'utilitza fins i tot en experiments moderns i es nomena en el seu honor.

Un fet interessant és que una de les condicions prèvies per a l'obertura d'un electró és una frase de Benjamin Franklin. En 1749, va desenvolupar la hipòtesi que l'electricitat - una substància material. És en les seves obres es van utilitzar per primera termes tals com càrregues positives i negatives, la descàrrega del condensador, bateria i partícules elèctriques. La càrrega específica de l'electró es considera que és negatiu, i el protó - positiu.

El descobriment de l'electró

En 1846, el concepte d'un "àtom d'electricitat" es va utilitzar en les seves obres, el físic alemany Wilhelm Weber. Maykl Faradey va descobrir el terme "ió", que és ara, potser, sap tot encara a l'escola. La qüestió de la naturalesa de l'electricitat involucrat molts estudiosos eminents com físic i matemàtic alemany Julius Plucker, Zhan Perren, el físic anglès Uilyam Kruks, Ernest Rutherford i altres.

Per tant, abans de Dzhozef Tompson completat amb èxit el seu famós experiment i va demostrar l'existència d'una partícula més petita que un àtom, en el treball de camp de molts científics i el descobriment seria impossible, no han fet aquest treball colossal.

El 1906, Dzhozef Tompson va rebre el Premi Nobel. L'experiència va ser així: a través de les plaques de metall paral·leles del camp elèctric, es van aprovar feixos de raigs catòdics. A continuació, ho haurien fet de la mateixa manera, però en un sistema de bobina per crear un camp magnètic. Thompson va trobar que quan un camp elèctric desviat bigues, i el mateix s'observa amb acció magnètica, però bigues trajectòria de raigs catòdics no va canviar si actuaven tots dos d'aquests camps en certes proporcions, que depenen de la velocitat de les partícules.

Després dels càlculs Thompson va saber que la velocitat d'aquestes partícules és significativament menor que la velocitat de la llum, i això significava que tenen massa. Des d'aquest punt de la física han arribat a creure que la partícula oberta matèria inclosa en els àtoms que posteriorment confirmats per Rutherford. El va anomenar "un model planetari de l'àtom".

Paradoxes del món quàntic

La qüestió del que constitueix un electró prou complicat, almenys en aquesta etapa del desenvolupament de la ciència. Abans de considerar la targeta, s'haurà de posar en contacte amb una de les paradoxes de la física quàntica que fins i tot els científics no poden explicar. Aquest és el famós experiment de les dues escletxes, explicant la naturalesa dual de l'electró.

La seva essència és que abans de la "pistola", disparant partícules, marc establert amb obertura rectangular vertical. Darrere d'ella es troba una paret, en la qual es va observar petjades dels cops. Per tant, primer cal entendre com es comporta la matèria. La forma més fàcil de veure com iniciar les pilotes de tennis màquina. Part de comptes de la caiguda en el forat, i les empremtes dels resultats de paret a afegir en una sola banda vertical. Si a una certa distància a afegir un altre els mateixos rastres de forats es formen, respectivament, dues bandes.

Les onades també es comporten de manera diferent en una situació d'aquest tipus. Si la paret es mostrarà rastres d'una col·lisió amb una ona, en el cas d'una banda d'obertura serà també un. No obstant això, les coses estan canviant en el cas de les dues escletxes. Ona que passa a través dels orificis, dividits per la meitat. Si la part superior d'una ona es troba amb la part inferior d'un altre, es cancel·len entre si, i el patró d'interferència (múltiples ratlles verticals) apareixerà a la paret. Col·loqui en la intersecció de les ones deixarà una marca, i els llocs on havia tremp mútua, no.

descobriment sorprenent

Amb l'ajuda de l'experiment anterior, els científics poden demostrar clarament al món la diferència entre la física quàntica i clàssica. Quan van començar a disparar paret d'electrons, en general passa en una marca vertical en ell: algunes partícules de la mateixa manera que una pilota de tennis caure en el buit, i alguns no ho fan. Però tot això va canviar, quan hi va haver un segon forat. A la paret de manifest el patró d'interferència! Primer Física va decidir que els electrons interfereixen entre si i va decidir deixar que ells un per un. No obstant això, després d'un parell d'hores (velocitat dels electrons en moviment és encara molt menor que la velocitat de la llum) de nou va començar a mostrar un patró d'interferència.

gir inesperat

Electronic, juntament amb certes altres partícules com ara fotons, presenta una dualitat ona-partícula (també utilitza el terme "dualitat ona quàntica"). Igual que el gat de Schrödinger que tant viu com mort, l'estat d'electrons pot ser alhora corpuscular i de les ones.

No obstant això, el següent pas en aquest experiment ha generat encara més misteris: una partícula fonamental, que semblava saber-ho tot, presenta una sorpresa increïble. Els físics decideixen instal·lar en forats dispositiu d'abast per bloquejar, a través del qual tallen la partícula són, i com es manifesten en forma d'ones. Però tan aviat com es va posar mecanisme de vigilància a la paret només hi havia dues bandes corresponents a dos forats, i cap patró d'interferència! Tan aviat com la "ombra" netejat, partícula començar de nou per mostrar les propietats de les ones com si sabés que ella era ja ningú està mirant.

una altra teoria

El físic Born suggereix que la partícula no es converteixi en una onada literalment. Elektron "conté" una ona de la probabilitat, que dóna un patró d'interferència. Aquestes partícules tenen la propietat de superposició, el que significa que poden estar en qualsevol lloc a una certa probabilitat, i per tant poden ser acompanyats per tal una "onada".

No obstant això, el resultat és obvi: la simple presència de l'observador afecta el resultat de l'experiment. Sembla increïble, però no és l'únic exemple d'aquest tipus. experiments de física es van dur a terme en una gran part de la mare, una vegada que l'objecte de la segment va ser de la làmina d'alumini més prima. Els científics han observat que el simple fet d'algunes mesures afecta la temperatura de l'objecte. La naturalesa d'aquests fenòmens s'expliquen encara no està en vigor.

estructura

Però el que constitueix l'electró? En aquest punt, la ciència moderna no pot respondre a aquesta pregunta. Fins fa poc es considerava partícules fonamentals indivisibles, però ara els científics s'inclinen a creure que es compon d'estructures encara més petites.

La càrrega específica de l'electró també es considera un bàsic, però ara són quarks obertes amb càrrega fraccionada. Hi ha diverses teories pel que fa al que constitueix un electró.

Avui dia podem veure l'article, que estableix que els científics van ser capaços de dividir l'electró. No obstant això, això només és cert en part.

nous experiments

Els científics soviètics en els anys vuitanta del segle passat han suposat que l'electró es pot dividir en tres quasi-partícules. El 1996 es va aconseguir dividir-lo en spinon i Holon, i recentment el físic Van den Brink i el seu equip es va dividir en spinon partícules i orbiton. No obstant això, la divisió és possible aconseguir només en circumstàncies especials. L'experiment es pot dur a terme en condicions de temperatures extremadament baixes.

Quan els electrons són "cool" al zero absolut, que és d'uns -275 graus Celsius, que gairebé s'aturen i formen entre elles una espècie de matèria, si la fusió en una sola partícula. En aquestes circumstàncies, i els físics poden observar quasi-partícules, de la qual "és" un electró.

informació dels transportistes

ràdio d'electrons és molt petit, és igual a ^2,81794. 10 ^-13 cm, però resulta que els seus components tenen una mida molt més petit. Cadascuna de les tres parts en què es van aconseguir "dividir" l'electró, porta la informació sobre ell. Orbiton, com el seu nom indica, conté dades sobre la partícula d'ona orbital. Spinon responsable de l'espín de l'electró, i Holon ens parla de la càrrega. Per tant, la física pot observar per separat diferents estats d'electrons en un material fortament refredat. Les hi van arreglar per traçar un parell de "holó-spinon" i "spinon-orbiton", però no els tres junts.

noves tecnologies

El físic que va descobrir l'electró havia d'esperar diverses dècades abans del seu descobriment fins que s'ha aplicat en la pràctica. Avui en dia les tecnologies troben el seu ús en diversos anys, és suficient recordar el grafè - sorprenent material que consta d'àtoms de carboni en una sola capa. El desdoblament de l'electró seria útil? Els científics prediuen que la creació d' un ordinador quàntic, la velocitat de les quals, segons ells, unes poques desenes de vegades més gran que la dels ordinadors més potents d'avui dia.

Quin és el secret de la tecnologia de la computació quàntica? Això es pot anomenar una optimització senzilla. A l'ordinador convencional, la part indivisible mínim de la informació - una mica. I si tenim en compte les dades amb alguna cosa visual, alguna cosa per al cotxe només dues opcions. Poc pot contenir zero o un, que és part d'un codi binari.

nou mètode

Ara imaginem que en una mica continguda i zero, i la unitat - un "bit quàntic" o "Cube". El paper de les variables simples jugarà l'espín de l'electró (que pot girar en sentit horari o antihorari). A diferència de cub simple bit pot realitzar diverses funcions al mateix temps, ia causa d'aquest augment es produirà velocitat, baixa massa de l'electró i la càrrega no són importants aquí.

Això pot explicar-se per l'exemple del laberint. Per sortir-ne, cal provar un munt de diferents opcions de les quals només una serà correcta. equip tradicional fins i tot resol problemes ràpidament, però, en un moment només podia funcionar en un sol problema. Enumera totes les opcions en un tub, i, finalment, troba una sortida. L'ordinador quàntic, gràcies a la dualitat kyubita pot resoldre molts problemes al mateix temps. Ell va a revisar totes les opcions no estan en línia, i en un sol moment en el temps, i també a resoldre el problema. La dificultat és que en la mesura consisteix en obtenir una gran quantitat de treball sobre objecte quàntic - aquesta serà la base per a una nova generació d'ordinador.

sol·licitud

La majoria de la gent utilitza un ordinador a les llars. Amb aquest excel·lent treball fins ara i PC convencionals, però per predir esdeveniments específics milers, potser centenars de milers de variables, la màquina ha de ser simplement enorme. ordinador quàntica tan fàcilment fer front a coses com ara la predicció del temps durant un mes, el tractament de desastre i les seves dades de predicció, i també realitzar càlculs matemàtics complexos amb múltiples variables per a una fracció de segon, tot això amb un processador d'uns pocs àtoms. Pel que és possible, molt aviat els nostres ordinadors més potents són fines com el paper.

mantenir-se saludable

tecnologia de la computació quàntica farà una gran contribució a la medicina. La humanitat serà capaç de crear nanomaquinaria amb un gran potencial, amb la seva ajuda, serà possible no només per diagnosticar la malaltia amb només mirar tot el cos des de l'interior, sinó també per proporcionar atenció mèdica sense cirurgia: petits robots amb "cervells" diferents d'un ordinador pot realitzar totes les operacions.

inevitable revolució en el camp dels jocs d'ordinador. màquines de gran abast que poden resoldre el problema immediatament, podran jugar a jocs amb gràfics increïblement realistes, que no està lluny ja i mons d'ordinador amb una immersió completa.