Massa de elétrons – bobinas pequenas e estradas

Se você pedir a 100 pessoas que digam pelo menos três partículas elementares conhecidas, talvez nem todas as nomeem para os três, mas ninguém esquecerá de chamar de campeão de popularidade – o elétron. O menor, o mais leve entre as partículas que carregam a carga, omnipresente e … infelizmente "negativo", é parte de qualquer substância na Terra e isso já merece tratamento especial. O nome da partícula originou na Grécia antiga da palavra grega "âmbar" – um material que os antigos amavam por causa de sua capacidade de atrair pequenos objetos. Então, quando o estudo da eletricidade obteve uma escala maior, o termo "elétron" começou a significar uma unidade de carga indivisível e, portanto, a menor.

A vida eterna de um elétron, como parte integrante da matéria, foi apresentada por um grupo de físicos, liderada por JJ Thomson. Em 1897, investigando os raios catódicos, determinaram como a massa de elétrons se relaciona com sua carga e descobriram que essa relação não depende do material catódico. O próximo passo na compreensão da natureza do elétron foi feito por Becquerel em 1900. No seu experimento, provou-se que os raios beta do rádio também se desviam no campo elétrico e sua relação massa-carga é o mesmo que os raios catódicos. Isso tornou-se uma prova indiscutível de que o elétron é uma "peça independente" do átomo de qualquer substância. E então, em 1909, Robert Milliken, em um experimento com gotículas de óleo que caíram no campo elétrico, conseguiu medir a força elétrica que equilibra a força da gravidade. Ao mesmo tempo, o valor do elementar tornou-se conhecido. Menos, carregue:

Eo = – 1.602176487 (49) * 10-19 Cl.

Isso foi suficiente para calcular a massa do elétron:

Me = 9,109,38215 (15) * 10-31 kg.

Parece que agora há ordem, tudo está por trás, mas este foi apenas o início de um longo caminho para conhecer a natureza do elétron.

Durante muito tempo, a essência de dois sentidos do elétron era um impasse na física: suas propriedades quânticas-mecânicas apontaram para uma partícula, e em experimentos sobre a interferência de feixes de elétrons em fendas paralelas, a natureza da onda se manifestou. O momento da verdade veio em 1924 quando, em primeiro lugar, Louis de Broglie dotou todo o material, e o elétron também, com as ondas nomeadas por seu nome, e três anos depois, Pauli completou a formação dos conceitos iniciais de mecânica quântica descrevendo a natureza quântica das partículas. Em seguida, veio a volta de Erwin Schrodinger e Paul Dirac – complementando-se, encontraram equações para descrever a essência do elétron, na qual a massa de elétrons e a constante de Planck, as quantidades quânticas, foram refletidas através das características da onda – freqüência e comprimento de onda.

Certamente, essa duplicidade de uma partícula elementar teve consequências de longo alcance. Ao longo do tempo, tornou-se claro que as características de um elétron livre fora de matéria (como um exemplo – raios catódicos) – não é o mesmo que um elétron na forma de uma corrente elétrica em um cristal. Para um elétron livre, sua massa é conhecida como "massa de restante de um elétron". A natureza física da diferença nas massas de um elétron em diferentes condições decorre do fato de que sua energia depende da saturação do campo magnético do espaço em que se move. Os "desmontagens" mais profundos mostram que a magnitude do campo magnético dos elétrons que se deslocam em um condutor, com maior precisão o fluxo de corrente na matéria, não depende da magnitude da carga dos atuais transportadores, mas em sua massa. Mas, por outro lado, a energia específica do campo magnético é igual à densidade de energia cinética das cargas móveis, e o crescimento desta energia é realmente equivalente ao aumento da massa de portadores de carga, denominada "massa efetiva do elétron". Foi determinado de forma analítica que é maior que a massa de um elétron livre em tempos de / 2, onde a é a distância entre os planos que delimitam o condutor, e λ é a profundidade da camada de pele do campo magnético.

Na física de partículas elementar, a massa de um elétron é uma das constantes de referência. A biografia do elétron não terminou – os estudos são sempre relevantes e exigentes, onde ele é um participante indispensável. Já ficou claro que, embora pequeno, elementar e o universo sem ele – nem um único passo.