Wat is in elektron? De massa en lading fan in elektron

Electron - een fûnemintele dieltsje, ien fan dyjingen dy't de strukturele ienheden fan de matearje. Neffens de yndieling is in fermion (dieltsje mei heal-yntegraal spin, neamd nei natuerkundige Enrico Fermi) en leptons (dieltsjes mei heal-hiel spin, net dielnimme oan de sterke ynteraksje, ien fan de fjouwer grutte yn de natuerkunde). Baryon nûmer fan it elektron is nul, lykas ek oare leptons.

Oant koartlyn waard leaude dat it elektron - in elemintêre, dat is ûndielbere, dat hat gjin struktuer fan in dieltsje, mar wittenskippers hawwe in oare miening hjoed. Wat is it elektron op fertoan fan moderne fysika?

Skiednis fan de namme

Ek yn it âlde Grikelân naturalisten murken dat amber, pre-ynwreaun mei bûnt, lûkt lytse foarwerpen, dws eksposearret elektromagnetyske eigenskippen. De namme fan it elektron ûntfongen út de Grykske ἤλεκτρον, wat betsjut "amber". De term stelde George. Stoney yn 1894, hoewol't it dieltsje waard ûntdutsen troch J .. Thompson yn 1897. It wie dreech te finen de oarsaak fan dit is de lytse massa en de wacht fen 'e elektron waard te finen in beskiedende ûnderfining. De earste foto fan de dieltsjes wie Karel Wilson mei in spesjale kamera, dat brûkt wurdt sels yn moderne eksperiminten en wurdt neamd yn syn eare.

In nijsgjirrich feit is dat ien fan de rânebetingsten foar de iepening fan in elektron is in wird fen Benjamin Franklin. Yn 1749 ûntwikkele hy de hypoteze dat elektrisiteit - een materiaal stof. It is yn syn wurken waarden earst brûkt termen lykas positive en negative ladingen, capacitor foarûntlading, batterij en elektryske dieltsjes. De spesifike lading fan it elektron is beskôge as negatyf, en it proton - posityf.

De ûntdekking fan it elektron

Yn 1846, it begryp fan in "atoom fan elektrisiteit" waard brûkt yn syn wurken, de Dútske natuerkundige Wilhelm Weber. Maykl Faradey ûntduts de term "ion", dat is no, miskien, wit alles noch op skoalle. De fraach fan elektrisiteit natuer belutsen soad emininte gelearden lykas Dútske natuerkundige en wiskundige Julius Plucker, Zhan Perren, de Ingelske natuerkundige Uilyam Kruks, Ernest Rutherford en oaren.

Sa, foardat Dzhozef SWARTBOL sukses foltôge syn ferneamde eksperimint en bewiisde it bestean fan in dieltsje lytser as in atoom, op it mêd wurk fan in protte wittenskippers en de ûntdekking soe wêze ûnmooglik, hja hawwe net dien dat kolossale wurk.

Yn 1906, Dzhozef SWARTBOL krige de Nobelpriis. Underfining wie as folget: troch de parallelle metalen platen fan it elektryske fjild, cathode ray balken waarden trochjûn. Dan sy soenen hawwe dien deselde wize, mar yn in spoel systeem te meitsjen fan in magnetysk fjild. Thompson fûn dat doe in elektrysk fjild tsjin balken, en itselde wurdt waarnommen mei magnetische aksje, lykwols balken cathode ray trajekt net feroare as se fungearren beide fan dy fjilden yn bepaalde proporsjes, dy't ôfhingje fan de dieltsje snelheid.

Nei berekkeningen Thompson leard dat de snelheid fan dy dieltsjes is gâns leger as de snelheid fan ljocht, en dat betsjutte dat se hawwe massa. Fan dit punt fan de natuerkunde binne kommen om te leauwen dat it iepen dieltsje saak opnaam yn de atomen dy't dêrnei befêstige troch Rutherford. Hy neamde it "in planetêre model fan it atoom."

Paradoksen fan it kwantum wrâld

De fraach fan wat in elektron yngewikkeld genôch, alteast op dit stadium fan de ûntwikkeling fan de wittenskip. Foardat sjoen is, dan moatte jo kontakt opnimme mei ien fan de paradoksen fan kwantumfysika dat sels de wittenskippers kin net útlizze. Dit is de ferneamde twa-cleft eksperimint, it ferklearjen fan de duale natoer fan it elektron.

Syn essinsje is dat foar it "gun", it ûntslaan fan dieltsjes, set frame mei fertikale rjochthoekige iepening. Efter har is in muorre, op hokker sil wurde waarnommen spoaren fan 'e hits. Dus, jim earst nedich om te begripen hoe matearje gedrach. De maklikste manier om te sjen hoe't te begjinnen mei de masine tennis ballen. Part fan kralen falle yn it gat, en de spoaren fan 'e muorre resultearret yn taheakje oan ien fertikale band. As op in beskate ôfstân te heakjen oar deselde gat spoaren sille foarmje, respektivelik, twa bands.

De weagen ek gedrage oars yn sa'n situaasje. As de muorre sil litte spoaren fan in botsing mei in weach, yn it gefal fan ien iepening band sil ek ien. Lykwols, dingen binne feroaret yn it gefal fan 'e twa iepening. Wave foarby troch de gatten, ferdield yn de helte. As de top fan de iene golf foldocht oan de ûnderkant fan in oar, se ôfbrekke inoar, en it hinderjen patroan (meardere fertikale strepen) sil ferskine op 'e muorre. Plak op 'e krusing fan' e weagen sille ferlitte in mark, en de plakken dêr't sprake wie fan wjerskanten quenching, nee.

amazing discovery

Mei de help fan boppesteande eksperimint, wittenskippers kinne dúdlik demonstrearjen oan 'e wrâld it ferskil tusken kwantum en klassike natuerkunde. Doe't hja begûn it ûntslaan fan elektroanen muorre, almeast plakfynt yn in fertikale Mark derop: guon dieltsjes krekt as in tennis bal foel yn 'e kleau, en guon dogge it net. Mar dat alles feroare, doe't der wie in twadde gat. Op de muorre iepenbiere it hinderjen patroan! Earst Fysika besletten dat elektroanen it funksjonearjen dêrfan by inoar en besletten litte se ien foar ien. Lykwols, nei in pear oeren (snelheid fan it ferpleatsen fan elektroanen is noch folle leger as de ljochtsnelheid) wer begûn te sjen in ynmingen patroan.

unexpected beurt

Elektroanysk, tegearre mei beskate oare dieltsjes lykas fotoanen, fertoant in wave-dieltsje dualiteit (ek brûkt de term "kwantum-wave dualisme"). Lykas kat Schrödinger dat beide yn libben en dea, it elektron steat kin wêze sawol corpuscular en wave.

Lykwols, de neikommende stap yn dit eksperimint hat generated noch mear mystearjes: in fûneminteel dieltsje, dat like te kenne alles, presintearre in ûnwierskynlike ferrassing. Natuerkundigen beslute te ynstallearjen yn gatten scoping apparaat te slot, fia dêr't slit it dieltsje binne, en hoe't se nêstinoar harsels as weagen. Mar sa gau as it waard set tafersjoch meganisme op 'e muorre der wiene mar twa bands oerienkomme mei twa gatten, en gjin behindering patroan! Sa gau as de "shadowing" skjinmakke, dieltsje begûn wer te sjen op de weach eigenskippen lykas as se wist dat se wie al net ien is watching.

In oare teory

Natuerkundige Born suggerearre dat it dieltsje net útdraaie op in weach letterlik. Elektron "befettet" in weach fan kâns, dat it jout in hinderjen patroan. Dizze dieltsjes hawwe it eigendom fan superposition, wat se kin oeral op in bepaalde kâns, en dus hja meie wurde beselskippe troch sa'n "wave".

Dochs, it resultaat leit foar de hân: it inkele oanwêzichheid fan de waarnimmer effekt op de útkomst fan it eksperimint. It liket te leauwen, mar it is net it ienige foarbyld yn syn soarte. Natuerkunde eksperiminten waarden útfierd op in grut part fan 'e mem, ien kear it foarwerp fan' e segment wie de thinnest aluminium folie. Wittenskippers hawwe sein wurde dat it inkele feit fan guon mjittingen beynfloedzje de temperatuer fan it foarwerp. De aard fan dy ferskynsels se ferklearje is noch net yn krêft.

bouwurk

Mar wat is it elektron? Op dit punt, moderne wittenskip kin gjin antwurd dizze fraach. Oant koartlyn waard beskôge ûndielbere fûnemintele dieltsjes, mar no wittenskippers binne oanstriid en leauwe, dat it is gearstald út noch lytsere struktueren.

De spesifike lading fan it elektron wurdt ek sjoen as in basis, mar binne no iepen kwarks mei fraksjonele lading. Der binne ferskate teoryen lykas oan wat in elektron.

Hjoed kinne wy sjogge it artikel, dat stelt dat de wittenskippers wienen by steat om te ferdielen it elektron. Lykwols, dat is mar foar in part wier.

nije eksperiminten

Sovjet wittenskippers werom yn de jierren tachtich fan de foarige ieu hawwe oannommen dat it elektron kin ûnderferdield wurde yn trije quasiparticles. Yn 1996 slagge it him te ferdielen it yn spinon en Holon, en resint natuerkundige Van den Brink en syn ploech waard ferdield yn dieltsje spinon en orbiton. Lykwols, splitting is mooglik te berikken allinnich yn bysûndere omstannichheden. It eksperimint kin wurde útfierd ûnder betingsten fan ekstreem lege temperatueren.

Doe't de elektroanen binne "cool" nei absolute nulpunt, dat is likernôch -275 graden Selsius, se hast ophâlde en foarm tusken harren in soarte fan saak, as gearfoegjen ta ien dieltsje. Yn sokke omstannichheden, en natuerkundigen kin observearjen quasiparticles, wêrfan "is" in elektron.

dragers ynformaasje

Electron striel is hiel lyts, it is lyk oan ^2,81794. 10 ^-13 sm, mar it docht bliken dat syn ûnderdielen hawwe in folle lytser maat. Elk fan de trije dielen yn dat slagge mei "divide" it elektron, draacht de ynformaasje deroer. Orbiton, lykas de namme al seit, it befettet gegevens oer de orbital wave dieltsje. Spinon ferantwurdlik foar de spin fan it elektron, en Holon fertelt ús oer de heffing. Sa, de fysika kin afzonderlijk waarnimme ferskillende steaten fan de elektroanen yn in sterk kuolle materiaal. Se slagge om te efterheljen in pear "holon-spinon" en "spinon-orbiton", mar net alle trije byinoar.

nije technologyen

Natuerkundige dy't ûntduts it elektron moast wachtsje inkele tsientallen jierren foar't oant harren ûntdekking is tapast yn de praktyk. Tsjintwurdich technologyen fine gebrûk yn ferskate jierren, is it genôch om te ûnthâlden graphène - Amazing materiaal besteande út koalstof atomen yn ien laach. De Splitting fan it elektron soe wêze helpful? Wittenskippers foarsizze dat it skeppen fan in kwantum kompjûter, de snelheid fan dy, neffens harren, in pear tsientallen kearen grutter is as dy fan de hjoeddeiske machtichste kompjûters.

Wat is it geheim fan it kwantum kompjûter technology? Dit kin neamd wurde in ienfâldige optimalisearjen. Yn de konvinsjonele kompjûter, de minimaal ûndielbere part fan de ynformaasje - in bytsje. En as wy beskôgje de gegevens mei wat fisuele, wat foar de auto mar twa opsjes. Bit kinne befetsje of nul of ien, dat is ûnderdiel fan in binêr koade.

nije metoade

No lit ús yntinke dat yn in bytsje befette en nul, en it tastel - in "kwantum bytsje" of "Cube". De rol fan de ienfâldige fariabelen sille spylje de spin fan it elektron (it kin draaie itsij klok mei of tsjin de klok yn). Oars as ienfâldige bit Cube kinne útfiere ferskate funksjes tagelyk, en as gefolch fan dizze stiging sil optrede snelheid, lege elektron massa en lading binne net wichtich hjir.

Dit kin ferklearre wurde troch it foarbyld fan it labyrint. Om krijen út it, jim moatte besykje in protte ferskate opsjes dêr't mar ien sil wêze korrekt. Tradisjoneel kompjûter sels lost problemen fluch, dochs yn ien kear koe allinnich mar wurkje op in inkel probleem. Hy enumerates alle opsjes op ien traktaat, en úteinlik fynt in wei út. De kwantum kompjûter, mei tank oan de dualiteit kyubita kin oplosse soad problemen tagelyk. Hy sil review alle opsjes binne net oan line, en yn ien momint yn de tiid, en ek oplosse it probleem. De swierrichheid is allinne yn sa fier is om in soad wurk op kwantum foarwerp - dat sil de basis foar in nije generaasje fan de kompjûter.

application

De measte minsken brûke in kompjûter op it húshâlden nivo. Mei dizze treflike wurk oant no ta en konvinsjonele PCs, mar om te foarsizzen spesifike eveneminten tûzenen, miskien hûnderttûzenen fariabelen, de masine moat wêze gewoan enoarm. Kwantum kompjûter as maklik omgaan met sokke dingen as am foarsizzing foar in moanne, de behanneling fan 'e ramp en syn foarsizzing gegevens, en sil ek útfiere komplekse wiskundige berekkeningen mei meardere fariabelen foar in fraksje fan in sekonde, allegear mei in processor fan in pear atomen. Sa is it mooglik is, hiel gau ús machtichste kompjûters binne papier-tinne.

Staying sûn

Kwantum kompjûter technology sil meitsje in grutte bydrage oan medisinen. It minskdom sil wêze kinne om te meitsje nanomachinery mei sterke potinsje, mei harren help, dan sil mooglik net allinne te diagnose sykte troch gewoan op syk op it hiele lichem fan binnenút, mar ek te bieden medyske soarch sûnder operaasje: Tiny robots mei "harsens" oars as in kompjûter kin útfiere alle operaasjes.

Net te ûntkommen revolúsje op it mêd fan 'e kompjûter games. Krêftige masines dy't kin daliks oplosse it probleem, sil by steat wêze om te spyljen spultsjes mei ongelooflijk realistyske Graphics, it is net fier ôf al en kompjûter wrâlden mei in folsleine ûnderdompeling.