O que é um elétron? A massa e a carga de um electrão

Electron – uma partícula fundamental, um daqueles que são as unidades estruturais da matéria. De acordo com a classificação é um fermion (partícula com uma meia-integrante rotação, em homenagem físico Enrico Fermi) e Léptons (partículas com spin semi-inteiro, não participam na interacção forte, um dos quatro principais na física). número baryon do electrão é igual a zero, bem como outros leptones.

Até recentemente, acreditava-se que o elétron – um elementar, que é indivisível, que não tem estrutura de uma partícula, mas os cientistas têm uma opinião diferente hoje. Qual é o elétron na apresentação da física moderna?

Histórico do nome

Mesmo em antigos naturalistas Grécia notado que o âmbar, pré-esfregada com pele, atrai pequenos objetos, ou seja, apresenta propriedades eletromagnéticas. O nome do elétron recebido do ἤλεκτρον grego, que significa "âmbar". O termo sugeriu George. Stoney em 1894, embora a partícula foi descoberta por J .. Thompson em 1897. Foi difícil encontrar a causa disso é a pequena massa e carga do elétron tornou-se para encontrar uma experiência decisiva. As primeiras fotos das partículas foi Charles Wilson com uma câmera especial, que é usado até mesmo em experimentos modernos e é nomeado em sua honra.

Um fato interessante é que uma das condições prévias para a abertura de um elétron é uma frase de Benjamin Franklin. Em 1749, ele desenvolveu a hipótese de que a eletricidade – uma substância material. É em suas obras foram termos utilizados pela primeira vez, como cargas positivas e negativas, de descarga do capacitor, bateria e partículas elétricas. A carga específica do elétron é considerado negativo, e o próton – positivo.

A descoberta do electrão

Em 1846, o conceito de um "átomo de eletricidade" foi usado em seus trabalhos, o físico alemão Wilhelm Weber. Maykl Faradey descobriu o termo "ion", que é agora, talvez, saber tudo ainda na escola. A questão da energia elétrica natureza envolveu muitos eminentes estudiosos como o físico e matemático alemão Julius Plucker, Zhan Perren, o físico Inglês Uilyam Kruks, Ernest Rutherford e outros.

Assim, antes de Dzhozef Tompson concluído com êxito a sua famosa experiência e provou a existência de uma partícula menor que um átomo, no trabalho de campo de muitos cientistas e a descoberta seria impossível, eles não fizeram este trabalho colossal.

Em 1906, Dzhozef Tompson recebeu o Prêmio Nobel. A experiência foi a seguinte: através das placas metálicas paralelas do campo eléctrico, os feixes de raios catódicos foram passados. Em seguida, eles teriam feito da mesma maneira, mas em um sistema de bobina para criar um campo magnético. Thompson encontrou que quando um campo eléctrico desvia feixes, e o mesmo é observado com acção magnética, no entanto feixes trajectória de raios catódicos não mudou se agissem ambos estes campos em certas proporções, que dependem da velocidade das partículas.

Depois de cálculos Thompson aprendido que a velocidade destas partículas é significativamente menor do que a velocidade da luz, e isto significa que eles têm massa. Deste ponto de física passaram a acreditar que a partícula aberta assunto incluído nos átomos que posteriormente confirmadas por Rutherford. Ele o chamou de "um modelo planetário do átomo."

Paradoxos do mundo quântico

A questão do que constitui uma suficiente elétrons complicado, pelo menos nesta fase de desenvolvimento da ciência. Antes de considerar isso, você precisa entrar em contato com um dos paradoxos da física quântica que mesmo os cientistas não conseguem explicar. Esta é a famosa experiência das duas fendas, explicando a natureza dual do electrão.

Sua essência é que antes da "arma", disparando partículas, quadro definido com abertura retangular vertical. Atrás dela é uma parede, em que será observado vestígios dos hits. Então, primeiro você precisa entender como a matéria se comporta. A maneira mais fácil para ver como começar as bolas de tênis máquina. Parte de esferas caem dentro do orifício, e os vestígios dos resultados de parede em adicionado numa única faixa vertical. Se a uma certa distância para adicionar mais os mesmos traços buraco irá formar, respectivamente, duas bandas.

As ondas também se comportam de maneira diferente em tal situação. Se a parede mostrar vestígios de uma colisão com uma onda, no caso de uma banda de abertura será também um. No entanto, as coisas estão mudando no caso das duas fendas. Onda que passa através dos orifícios, divididos ao meio. Se o topo de uma onda encontra na parte inferior da outra, elas se cancelam um ao outro, e o padrão de interferência (múltiplas faixas verticais) aparece na parede. Coloque no cruzamento das ondas vai deixar uma marca, e os lugares onde havia têmpera mútuo, não.

descoberta surpreendente

Com a ajuda do experimento acima, os cientistas podem demonstrar claramente ao mundo a diferença entre física quântica e clássica. Quando eles começaram a atirar elétrons parede, geralmente ocorre em uma marca vertical sobre ele: algumas partículas como uma bola de tênis caiu no fosso, e outros não. Mas tudo isso mudou, quando houve um segundo buraco. Na parede revelou o padrão de interferência! Primeiro Física decidiu que os elétrons interferem uns com os outros e decidiu deixá-los um por um. No entanto, após um par de horas (velocidade de elétrons em movimento ainda é muito menor do que a velocidade da luz) novamente começou a mostrar um padrão de interferência.

rumo inesperado

Electrónico, em conjunto com certas outras partículas, tais como fotões, exibe uma dualidade onda de partículas (também usa o termo "dualidade de onda quântica"). Como gato de Schrödinger que vivo e morto, o estado de elétrons pode ser tanto corpuscular e onda.

No entanto, o próximo passo neste experimento gerou ainda mais mistérios: uma partícula fundamental, que parecia saber tudo, apresentou uma surpresa incrível. Físicos decidir instalar no dispositivo de escopo furos para bloquear, por meio do qual fenda a partícula, e como eles manifestam-se como ondas. Mas assim que ele foi colocado mecanismo de monitoramento na parede, havia apenas duas bandas correspondentes a dois furos, e nenhum padrão de interferência! Assim como a "sombra" limpo, partícula começou novamente para mostrar as propriedades de onda como se soubesse que ela era já ninguém está olhando.

outra teoria

Físico nascido sugeriu que a partícula não se transforme em uma onda literalmente. Elektron "contém" uma onda de probabilidade, que dá um padrão de interferência. Estas partículas têm a propriedade de sobreposição, o que significa que pode estar em qualquer lugar a uma certa probabilidade, e, por conseguinte, que pode ser acompanhado por um tal "onda".

No entanto, o resultado é óbvio: a mera presença do observador afeta o resultado do experimento. Parece incrível, mas não é o único exemplo de seu tipo. experiências físicas foram realizados sobre uma grande parte da matriz, uma vez que o objectivo do segmento foi a folha de alumínio mais fina. Os cientistas têm observado que o simples facto de algumas medições afectar a temperatura do objecto. A natureza desses fenômenos que explicam ainda não está em vigor.

estrutura

Mas o que constitui o elétron? Neste ponto, a ciência moderna não pode responder a esta pergunta. Até recentemente era considerado partículas fundamentais indivisíveis, mas agora os cientistas estão inclinados a acreditar que ele é composto de estruturas ainda menores.

A carga específica do elétron também é considerado um básico, mas agora são quarks abertos com carga fracionada. Existem várias teorias sobre o que constitui um elétron.

Hoje podemos ver o artigo, que afirma que os cientistas foram capazes de dividir o elétron. No entanto, isso é apenas parcialmente verdadeiro.

novos experimentos

Os cientistas soviéticos para trás na década de oitenta do século passado ter assumido que o elétron pode ser dividido em três quasiparticles. Em 1996 ele conseguiu dividi-lo em spinon e Holon, e, recentemente, o físico Van den Brink e sua equipe foi dividida em spinon partículas e orbiton. No entanto, a divisão é possível alcançar apenas em circunstâncias especiais. A experiência pode ser realizada sob condições de temperaturas extremamente baixas.

Quando os elétrons são "cool" do zero absoluto, que é de cerca de -275 graus Celsius, eles quase parar e forma entre eles uma espécie de questão, se fundindo em uma única partícula. Em tais circunstâncias, e os físicos podem observar quasipartículas, de que "é" um electrão.

informações operadoras

raio de elétrons é muito pequena, é igual a ^2,81794. 10 ^-13 cm, mas verifica-se que os seus componentes têm um tamanho muito menor. Cada uma das três partes em que conseguiram "dividir" o elétron, carrega as informações sobre ele. Orbiton, como o nome indica, ele contém dados sobre a partícula de onda orbital. Spinon responsável pela rotação do elétron, e Holon nos diz sobre a carga. Assim, a física pode observar separadamente diferentes estados de electrões num material fortemente arrefecida. Eles conseguiram traçar um par de "holon-spinon" e "spinon-orbiton", mas não todos os três juntos.

novas tecnologias

O físico que descobriu o elétron teve que esperar várias décadas antes, até sua descoberta tem sido aplicado na prática. Hoje em dia as tecnologias encontrar o uso em vários anos, é o suficiente para lembrar o grafeno – material de incrível consistindo de átomos de carbono em uma única camada. A divisão do elétron seria útil? Os cientistas prevêem que a criação de um computador quântico, a velocidade dos quais, segundo eles, algumas dezenas de vezes maior do que a de computadores mais poderosos de hoje.

Qual é o segredo da tecnologia computador quântico? Isso pode ser chamado de uma otimização simples. No computador convencional, a parte mínima indivisível da informação – um pouco. E se considerarmos os dados com algo visual, algo para o carro apenas duas opções. Bit pode conter zero ou um, que é parte de um código binário.

novo método

Agora vamos imaginar que em um pouco contido e zero, e a unidade – um "bit quântico" ou "Cube". O papel de variáveis simples vai jogar o spin do elétron (que pode girar no sentido horário ou anti-horário). Ao contrário Cube pouco simples pode executar várias funções simultaneamente, e devido a este aumento irá ocorrer velocidade, baixa massa do elétron e de carga não são importantes aqui.

Isto pode ser explicado pelo exemplo do labirinto. Para sair dela, você precisa tentar um monte de diferentes opções de que apenas um será correta. computador tradicional ainda resolve problemas rapidamente, mas ao mesmo tempo só poderia funcionar em um único problema. Ele enumera todas as opções em um trato, e finalmente encontra uma saída. O computador quântico, graças à kyubita dualidade pode resolver muitos problemas simultaneamente. Ele irá rever todas as opções não estamos na linha, e em um único momento no tempo, e também resolver o problema. A dificuldade é apenas na medida é obter um monte de trabalho em objeto quântico – esta será a base para uma nova geração de computador.

aplicação

A maioria das pessoas usa um computador no nível doméstico. Com este excelente trabalho até agora e PCs convencionais, mas para prever eventos específicos milhares, talvez centenas de milhares de variáveis, a máquina deve ser simplesmente enorme. computador quântico tão facilmente lidar com as coisas tais como previsão do tempo para um mês, o tratamento de desastre e seus dados de previsão, e também irá realizar cálculos matemáticos complexos, com múltiplas variáveis para uma fração de segundo, todos com um processador de poucos átomos. Por isso, é possível, muito em breve os nossos computadores mais poderosos são papel fina.

Manter-se saudável

tecnologia computador quântico vai fazer uma enorme contribuição para a medicina. A humanidade será capaz de criar nanomachinery com forte potencial, com a sua ajuda, será possível não só para diagnosticar a doença por simplesmente olhar para todo o corpo de dentro, mas também para prestar cuidados médicos sem cirurgia: robôs minúsculos com "cérebros" outros do que um computador pode executar todas as operações.

revolução inevitável no campo de jogos de computador. máquinas poderosas que podem resolver imediatamente o problema, será capaz de jogar jogos com gráficos incrivelmente realistas, não está muito longe e já mundos de computador com uma imersão completa.