Một electron là gì? Khối lượng và chịu trách nhiệm về một electron

Electron - một hạt cơ bản, một trong những người mà là những đơn vị cấu trúc của vật chất. Theo phân loại là một fermion (hạt với nửa không thể thiếu spin, đặt theo tên của nhà vật lý Enrico Fermi) và lepton (hạt với spin bán nguyên, không tham gia vào sự tương tác mạnh, một trong bốn quan trọng trong vật lý). số baryon của electron là zero, cũng như lepton khác.

Cho đến gần đây người ta tin rằng electron - một tiểu, có nghĩa là bất khả phân, mà không có cấu trúc của một hạt, nhưng các nhà khoa học có một ý kiến khác nhau ngày hôm nay. electron về trình bày của vật lý hiện đại là gì?

Lịch sử của tên

Ngay cả trong nhà tự nhiên học Hy Lạp cổ đại nhận thấy rằng hổ phách, trước cọ xát với lông thú, thu hút đối tượng nhỏ, tức là thể hiện tính chất điện từ. Tên của electron nhận được từ ἤλεκτρον Hy Lạp, có nghĩa là "hổ phách". Thuật ngữ này đề nghị George. Stoney trong năm 1894, mặc dù các hạt được phát hiện bởi J .. Thompson vào năm 1897. Thật khó để tìm ra nguyên nhân của việc này là khối lượng nhỏ và điện tích của electron trở thành để tìm một kinh nghiệm quyết định. Những hình ảnh đầu tiên của các hạt là Charles Wilson với một máy ảnh đặc biệt, được sử dụng ngay cả trong các thí nghiệm hiện đại và được đặt tên để vinh danh ông.

Một thực tế thú vị là một trong những điều kiện tiên quyết cho việc mở một electron là một câu nói của Benjamin Franklin. Năm 1749 ông đã phát triển giả thuyết rằng điện - một chất liệu. Đó là trong tác phẩm của ông đã được sử dụng lần đầu thuật ngữ như điện tích dương và âm, xả tụ điện, pin và các hạt điện. Phí cụ thể của electron được coi là tiêu cực, và proton - dương.

Việc phát hiện ra electron

Năm 1846, khái niệm về một "nguyên tử của điện" được sử dụng trong tác phẩm của ông, nhà vật lý người Đức Wilhelm Weber. Maykl Faradey phát hiện ra thuật ngữ "ion", mà bây giờ, có lẽ, biết tất cả vẫn còn ở trường. Các câu hỏi về bản chất điện liên quan đến nhiều học giả nổi tiếng như nhà vật lý người Đức và nhà toán học Julius Plucker, Zhan Perren, nhà vật lý Anh Uilyam Kruks, Ernest Rutherford và những người khác.

Vì vậy, trước khi Dzhozef Tompson hoàn thành công thử nghiệm nổi tiếng của mình và chứng minh sự tồn tại của một hạt nhỏ hơn nguyên tử, trong công tác thực địa của nhiều nhà khoa học và khám phá sẽ là không thể, họ đã không thực hiện công việc khổng lồ này.

Năm 1906, Dzhozef Tompson nhận được giải thưởng Nobel. Kinh nghiệm là như sau: thông qua các tấm kim loại song song của các lĩnh vực điện, dầm tia cathode được thông qua. Sau đó, họ đã có thể làm theo cùng một cách, nhưng trong một hệ thống cuộn dây để tạo ra một từ trường. Thompson phát hiện ra rằng khi một điện trường lệch dầm, và tương tự được quan sát với hành động từ, tuy nhiên dầm tia cathode quỹ đạo không thay đổi nếu họ đã hành động cả hai lĩnh vực theo tỷ lệ nhất định, mà phụ thuộc vào vận tốc hạt.

Sau khi tính toán Thompson biết rằng vận tốc của các hạt này là thấp hơn so với vận tốc ánh sáng đáng kể, và điều này có nghĩa là họ có khối lượng. Từ quan điểm này của vật lý đã đi đến chỗ tin rằng hạt mở vấn đề bao gồm trong nguyên tử mà sau đó được xác nhận bởi Rutherford. Ông gọi đó là "một mô hình hành tinh của nguyên tử."

Nghịch lý của thế giới lượng tử

Các câu hỏi về những gì tạo nên một đủ electron phức tạp, ít nhất là ở giai đoạn này của sự phát triển của khoa học. Trước khi xem xét nó, bạn cần liên hệ với một trong những nghịch lý của vật lý lượng tử mà ngay cả các nhà khoa học không thể giải thích. Đây là thí nghiệm hai khe nổi tiếng, giải thích bản chất kép của electron.

bản chất của nó là trước khi "súng", bắn các hạt, thiết lập khung với mở hình chữ nhật thẳng đứng. Đằng sau cô là một bức tường, trên đó sẽ được quan sát thấy dấu vết của các lượt truy cập. Vì vậy, trước tiên bạn cần phải hiểu như thế nào vấn đề cư xử. Cách dễ nhất để xem làm thế nào để bắt đầu các quả bóng quần vợt máy. Một phần của hạt rơi vào hố đen, và các dấu vết của các kết quả tường trong được thêm vào trong một ban nhạc đứng đơn. Nếu ở một khoảng cách nhất định để bổ sung thêm các dấu vết lỗ cùng sẽ hình thành, tương ứng, hai ban nhạc.

Các sóng cũng hành xử khác nhau trong một tình huống như vậy. Nếu bức tường sẽ hiển thị các dấu vết của một vụ va chạm với một làn sóng, trong trường hợp của một ban nhạc khai mạc sẽ cũng là một. Tuy nhiên, mọi thứ đang thay đổi trong trường hợp của hai khe. Sóng đi qua các lỗ, chia một nửa. Nếu phía trên cùng của một sóng đáp ứng dưới cùng của người khác, họ triệt tiêu lẫn nhau, và hình ảnh giao thoa (nhiều sọc dọc) sẽ xuất hiện trên tường. Đặt tại giao điểm của những con sóng sẽ để lại một dấu ấn, và những nơi có dập tắt lẫn nhau, không có.

khám phá tuyệt vời

Với sự giúp đỡ của thí nghiệm trên, các nhà khoa học có thể chứng minh rõ ràng với thế giới chênh lệch giữa lượng tử và vật lý cổ điển. Khi họ bắt đầu bắn electron tường, thường xảy ra ở một dấu thẳng đứng trên nó: một số hạt giống như một quả bóng tennis rơi vào khoảng trống, và một số thì không. Nhưng tất cả đã thay đổi, khi có một lỗ thứ hai. Trên tường tiết lộ hình ảnh giao thoa! Vật lý đầu tiên quyết định rằng các electron xung đột với nhau và quyết định để cho họ từng người một. Tuy nhiên, sau một vài giờ (tốc độ của electron di chuyển vẫn còn thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng) một lần nữa bắt đầu cho thấy một hình ảnh giao thoa.

biến bất ngờ

Điện tử, cùng với một số hạt khác như photon, thể hiện một đối ngẫu sóng hạt (còn sử dụng thuật ngữ "lượng tử sóng nhị nguyên"). Giống như con mèo Schrödinger rằng cả hai còn sống và đã chết, tình trạng điện tử có thể được cả hai tiểu thể và sóng.

Tuy nhiên, bước tiếp theo trong thí nghiệm này đã tạo ra nhiều hơn những bí ẩn: một hạt cơ bản, mà dường như biết mọi thứ, trình bày một bất ngờ đáng kinh ngạc. Các nhà vật lý quyết định cài đặt trong lỗ thiết bị Phạm vi khóa, qua đó cắt hạt là, và cách họ biểu lộ bản thân như sóng. Nhưng ngay sau khi nó được đặt cơ chế giám sát trên tường chỉ có hai ban nhạc tương ứng với hai lỗ, và không có hình ảnh giao thoa! Ngay sau khi "shadowing" làm sạch, hạt bắt đầu một lần nữa để hiển thị các thuộc tính sóng như thể cô biết rằng cô ấy đã không có ai đang theo dõi.

một giả thuyết khác

Nhà vật lý học Sinh gợi ý rằng các hạt không biến thành một làn sóng theo nghĩa đen. Elektron "chứa" một làn sóng xác suất, mà nó mang lại một hình ảnh giao thoa. Những hạt này có tài sản của chồng, có nghĩa là họ có thể được bất cứ nơi nào tại một xác suất nhất định, và do đó họ có thể kèm theo như một "làn sóng".

Tuy nhiên, kết quả là rõ ràng: chỉ sự hiện diện của người quan sát ảnh hưởng đến kết quả của thí nghiệm. Dường như không thể tin được, nhưng nó không phải là ví dụ duy nhất của loại hình này. thí nghiệm vật lý đã được thực hiện trên một phần lớn của người mẹ, một khi đối tượng của phân khúc này là lá nhôm mỏng. Các nhà khoa học đã ghi nhận rằng thực tế chỉ một số phép đo ảnh hưởng đến nhiệt độ của đối tượng. Bản chất của những hiện tượng họ giải thích là chưa có hiệu lực.

cấu trúc

Nhưng những gì tạo nên electron? Tại thời điểm này, khoa học hiện đại không thể trả lời câu hỏi này. Cho đến gần đây nó đã được coi là hạt cơ bản bất khả phân, nhưng bây giờ các nhà khoa học có xu hướng tin rằng nó bao gồm các cấu trúc nhỏ hơn.

Phí cụ thể của electron cũng được coi là một cơ bản, nhưng bây giờ là quark mở với phí phân đoạn. Có một số lý thuyết về những gì cấu thành một electron.

Hôm nay chúng ta có thể xem các bài viết, trong đó nói rằng các nhà khoa học đã có thể chia electron. Tuy nhiên, đây chỉ là một phần sự thật.

thí nghiệm mới

các nhà khoa học Liên Xô trở lại trong những năm tám mươi của thế kỷ trước đã cho rằng electron có thể được chia thành ba giả hạt. Năm 1996 ông được quản lý để phân chia nó thành spinon và Holon, và gần đây nhà vật lý Van den Brink và nhóm của ông đã được chia thành spinon hạt và orbiton. Tuy nhiên, chia tách có thể đạt được chỉ trong trường hợp đặc biệt. Thí nghiệm có thể được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cực thấp.

Khi các electron là "mát mẻ" không độ tuyệt đối, đó là khoảng -275 độ C, họ hầu như dừng lại và hình thức giữa chúng một loại vật chất, nếu sáp nhập vào một hạt duy nhất. Trong hoàn cảnh như vậy, và nhà vật lý có thể quan sát giả hạt, trong đó "là" một electron.

thông tin về mạng

Electron bán kính là rất nhỏ, nó tương đương với ^2,81794. 10 ^-13 cm, nhưng nó chỉ ra rằng thành phần của nó có kích thước nhỏ hơn nhiều. Mỗi phòng trong số ba phần vào đó quản lý để "chia" electron, mang thông tin về nó. Orbiton, như tên của nó, nó có chứa dữ liệu trên hạt sóng quỹ đạo. Spinon chịu trách nhiệm về spin của electron, và Holon nói với chúng tôi về phụ trách. Như vậy, tính chất vật lý riêng biệt có thể quan sát trạng thái khác nhau của các electron trong một loại vật liệu làm mát mạnh mẽ. Họ quản lý để theo dõi một cặp "holon-spinon" và "spinon-orbiton", nhưng không phải tất cả ba cùng nhau.

công nghệ mới

Nhà vật lý người phát hiện ra electron phải chờ vài thập kỷ trước cho đến khi phát hiện của họ đã được áp dụng trong thực tế. Ngày nay công nghệ tìm sử dụng trong nhiều năm, nó là đủ để nhớ graphene - nguyên liệu tuyệt vời bao gồm các nguyên tử carbon trong một lớp duy nhất. Việc chia tách các electron sẽ là hữu ích? Các nhà khoa học dự đoán rằng việc tạo ra một máy tính lượng tử, tốc độ trong đó, theo họ, một vài chục lần lớn hơn so với các máy tính mạnh nhất hiện nay.

bí mật của công nghệ máy tính lượng tử là gì? Điều này có thể được gọi là một tối ưu hóa đơn giản. Trong máy tính truyền thống, một phần bất khả phân tối thiểu của các thông tin - một chút. Và nếu chúng ta xem xét các dữ liệu với một cái gì đó thị giác, một cái gì đó cho chiếc xe chỉ có hai lựa chọn. Bit có thể chứa hoặc không hoặc một, đó là một phần của một mã nhị phân.

phương pháp mới

Bây giờ chúng ta hãy tưởng tượng rằng trong một chút kín và không, và đơn vị - một "chút lượng tử" hay "Cube". Vai trò của các biến đơn giản sẽ đóng spin của electron (nó có thể xoay hoặc chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng). Không giống như đơn giản chút Cube có thể thực hiện một số chức năng cùng một lúc, và do sự gia tăng này sẽ xảy ra tốc độ, khối lượng electron thấp và chịu trách nhiệm là không quan trọng ở đây.

Điều này có thể được giải thích bằng ví dụ của mê cung. Để thoát khỏi nó, bạn cần phải cố gắng rất nhiều tùy chọn khác nhau để từ đó chỉ có một sẽ được chính xác. máy tính truyền thống thậm chí giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng, nhưng cùng một lúc chỉ có thể làm việc trên một vấn đề duy nhất. Ông liệt kê tất cả các tùy chọn trên một đường, và cuối cùng tìm thấy một lối thoát. Máy tính lượng tử, nhờ vào sự kyubita nhị nguyên có thể giải quyết nhiều vấn đề cùng một lúc. Ông sẽ xem xét tất cả các lựa chọn không phải là trên đường dây, và trong một khoảnh khắc nào trong thời gian, và cũng có thể giải quyết vấn đề. Sự khó khăn là chỉ trong chừng mực là để có được rất nhiều công việc trên đối tượng lượng tử - đây sẽ là cơ sở cho một thế hệ mới của máy tính.

ứng dụng

Hầu hết mọi người sử dụng máy tính ở cấp hộ gia đình. Với công việc này tuyệt vời cho đến nay và máy tính thông thường, nhưng để dự đoán các sự kiện cụ thể hàng ngàn, có lẽ hàng trăm ngàn biến, máy phải chỉ đơn giản là rất lớn. máy tính lượng tử một cách dễ dàng đối phó với những thứ như dự báo thời tiết trong vòng một tháng, việc điều trị của thiên tai và dữ liệu dự đoán của mình, và cũng có thể sẽ thực hiện tính toán toán học phức tạp với nhiều biến cho một phần nhỏ của một giây, tất cả với một bộ xử lý của một vài nguyên tử. Vì vậy, nó là có thể, rất sớm máy tính mạnh nhất của chúng tôi là giấy mỏng.

sống khỏe mạnh

công nghệ máy tính lượng tử sẽ làm cho một đóng góp rất lớn cho y học. Nhân loại sẽ có thể tạo nanomachinery với tiềm năng mạnh mẽ, với sự giúp đỡ của họ, nó sẽ có thể không chỉ để chẩn đoán bệnh bằng cách đơn giản nhìn vào toàn bộ cơ thể từ bên trong, mà còn để cung cấp chăm sóc y tế mà không cần phẫu thuật: robot tí hon với "bộ não" khác hơn là một máy tính có thể thực hiện tất cả các hoạt động.

cuộc cách mạng không thể tránh khỏi trong lĩnh vực trò chơi điện tử. Máy mạnh mẽ mà ngay lập tức có thể giải quyết được vấn đề, sẽ có thể chơi trò chơi với đồ họa cực kỳ thực tế, nó không phải là xa đã và thế giới máy tính với một ngâm đầy đủ.