Što je elektron? Masa i naboj elektrona

Elektron - temeljna čestica, jedan od onih koji su strukturne jedinice materije. Prema klasifikaciji je fermionskom (čestice s polu-integralni spina, nazvana po fizičar Enrico Fermi) i leptona (čestice s pola cjelobrojnog spina, ne sudjeluju u jake interakcije, jedan od četiri glavna u fizici). BARION broj elektrona je nula, kao i druge leptoni.

Do nedavno se vjerovalo da je elektron - osnovna, koja je nedjeljiva, koja nema strukturu čestica, ali znanstvenici imaju drugačije mišljenje i danas. Što je elektron na predstavljanju suvremene fizike?

Povijest naziva

Čak iu staroj Grčkoj prirodoslovci primijetili da jantar, trlja s krznom, privlači male predmete, odnosno pokazuje elektromagnetska svojstva. Naziv elektrona dobio od grčke ἤλεκτρον, što znači „žuto”. Pojam predložio George. Stoney 1894. godine, iako je čestica otkrivena J .. Thompson u 1897. Bilo je teško pronaći uzrok za to je mala masa i naboj elektrona postalo pronaći odlučujući iskustvo. Prve slike čestica bio je Charles Wilson s posebnim kamera, koji se koristi čak iu modernim eksperimentima i nazvan je u njegovu čast.

Zanimljivo je da je jedan od preduvjeta za otvaranje elektron je rekao Benjamin Franklin. U 1749. je razvio tezu da struju - materijalno tvar. To je u njegova djela su prvi put koristili izraze kao što su pozitivnih i negativnih naboja, kondenzator iscjedak, baterija i električnih čestica. Specifična naboj elektrona smatra se negativnim, a proton - pozitivan.

Otkriće elektrona

U 1846, koncept o „atoma električne energije” korišten je u svojim djelima, njemački fizičar Wilhelm Weber. Maykl Faradey otkrio pojam „ion”, koji je sada, možda, znam sve još uvijek u školi. Pitanje električne prirode uključeni mnogi ugledni znanstvenici poput njemačkog fizičara i matematičara Julius Plücker, Zhan Perren, engleski fizičar Uilyam Kruks, Ernest Rutherford i drugi.

Dakle, prije nego što Dzhozef Tompson je uspješno završena svoj poznati eksperiment i dokazali postojanje čestica manja od atoma, u terenskom radu mnogih znanstvenika i otkriće bi bilo nemoguće, oni nisu učinili ovu kolosalnu posao.

Godine 1906. Dzhozef Tompson dobio Nobelovu nagradu. Iskustvo je na sljedeći način: kroz paralelne metalne ploče od električnog polja, katodnih grede su prošli. Onda oni bi učinili na isti način, ali u sustavu svitka stvoriti magnetsko polje. Thompson je utvrdio da kada je električno polje skrenut grede, a isto se promatra s magnetnim djelovanjem, međutim grede katodnom putanja nije promijenilo ako su djelovali oba ova područja u određenim omjerima koji ovise o brzini čestica.

Nakon izračuna Thompson saznao da je brzina tih čestica je znatno niža od brzine svjetlosti, a to je značilo da su mase. S ove točke fizike su došli do vjeruju da je otvoren čestica obzira uključeni u atome koji je naknadno potvrdio Rutherford. On je to nazvao „planetarni model atoma.”

Paradoksa kvantnom svijetu

Pitanje što čini elektron dosta kompliciran, barem u ovoj fazi razvoja znanosti. Prije obzirom na to, trebate kontaktirati jedan od paradoksa kvantne fizike da čak i znanstvenici ne mogu objasniti. To je poznata dva proreza eksperiment, objašnjavajući dvojnu narav elektrona.

Njegova suština je da je prije „pištoljem”, pucajući čestice, postavite okvir s vertikalnim pravokutnim otvorom. Iza nje je zid, na kojem će se vidjeti tragovi pogodaka. Dakle, prvo morate razumjeti kako materija ponaša. Najlakši način da se vidi kako za pokretanje stroja teniskih loptica. Dio kuglica padne u rupu, a tragovi rezultata zid u dodana u jednom vertikalnom trakom. Ako se na određenoj udaljenosti dodati još iste rupe tragovi će formirati, odnosno dvije trake.

Valovi također drugačije ponašaju u takvoj situaciji. Ako je zid će pokazati tragove sudara s valom, u slučaju jednog otvaranja bend će biti jedan. Međutim, stvari se mijenjaju u slučaju dva proreza. Val prolazi kroz rupe, podijeljenih na pola. Ako je gornji dio jednog vala ispunjava dno drugi, oni medusobno, a uzorak interferencije (više okomite pruge) će se pojaviti na zidu. Stavite na raskrižju valova će ostaviti traga, a mjesta gdje je bilo uzajamno gašenje, br.

nevjerojatno otkriće

Uz pomoć gornjeg eksperimenta, znanstvenici mogu jasno pokazati svijetu razliku između kvantne i klasične fizike. Kad su počeli pucati elektrona zid, obično se javlja u okomitom oznaka na njemu: neke čestice baš kao teniska loptica pala u otvor, a neki ne. Ali to se sve promijenilo, kad je bilo drugi rupa. Na zidu je otkrio uzorak interferencije! Prvo Fizika odlučio da elektroni ometati jedni druge i odlučio da im neka jedan po jedan. Međutim, nakon par sati (brzina pokretnih elektrona je još uvijek znatno niža od brzine svjetlosti) ponovno počeo pokazivati uzorak.

neočekivani zaokret

Elektronski, zajedno s nekim drugim česticama poput fotona, pokazuje dvojnost val-čestica (također koristi pojam „kvantnog vala dualizam”). Kao mačka Schrödinger da oboje živi i mrtvi, elektron stanje može biti i korpuskularni i val.

Međutim, sljedeći korak u ovom eksperimentu je ostvarila još više misterije: temeljna čestica, što se činilo da zna sve, predstavila nevjerojatno iznenađenje. Fizičari odlučite instalirati u rupama uređaja rasponske zaključavanje, kroz koje prerezao je čestica, i kako su se manifestiraju kao valovi. Ali čim ga je stavio nadzorni mehanizam na zidu bila su samo dva vrpce koje odgovaraju dvije rupe, a ne uzorak interferencije! Čim „sjene” očišćen, čestica ponovno počeo pokazivati svojstva valova, kao da je znala da je ona već nitko ne gleda.

Druga teorija

Fizičar Rođen je predložio da se čestice ne pretvori u vala doslovno. Elektron „sadrži” val vjerojatnosti, da se daje uzorak interferencije. Ove čestice imaju svojstvo superpozicije, što znači da može biti bilo gdje na određenom vjerojatnošću, te stoga mogu biti u pratnji kao „val”.

Ipak, rezultat je očit: samo prisustvo promatrača utječe na ishod eksperimenta. Čini se nevjerojatno, ali to nije jedini primjer te vrste. eksperimenti fizika su provedena na velikom dijelu majka, nakon što je predmet segmentu bio najtanji aluminijske folije. Znanstvenici su primijetili da sama činjenica nekih mjerenja utječe na temperaturu objekta. Priroda tih pojava objasne još nije na snazi.

struktura

No, ono što čini elektron? U ovom trenutku, moderna znanost ne može odgovoriti na to pitanje. Donedavno se smatralo nedjeljive elementarne čestice, ali sada znanstvenici su skloni vjerovati da se sastoji od čak manjih objekata.

Specifična naboj elektrona također smatra osnovne, ali sada su otvorene kvarkovi s frakcijskim naknade. Postoji nekoliko teorija o tome što čini jedan elektron.

Danas možemo vidjeti članak, u kojem se navodi da su znanstvenici uspjeli podijeliti elektron. Međutim, to je samo djelomično točno.

novi eksperimenti

Sovjetski znanstvenici još u osamdesetim godinama prošlog stoljeća su pretpostavili da se elektron može se podijeliti u tri kvazičesticama. Godine 1996. uspio podijeliti u spinon Holon, nedavno fizičar Van den Brink i njegov tim bio je podijeljen na spinon čestica i orbiton. Međutim, cijepanje je moguće postići samo u posebnim okolnostima. Eksperiment se može provesti u uvjetima ekstremno niskih temperatura.

Kada elektroni su „cool” do apsolutne nule, što je oko -275 stupnjeva Celzija umalo zaustaviti i oblik između njih neku vrstu materije, ako spajanjem u jednu česticu. U takvim okolnostima, i fizičari mogu promatrati kvazičesticama, od kojih je „je” elektron.

nositelji informacija

radijus elektrona je vrlo mala, ona je jednaka ^2.81794. 10 ^-13 cm, ali se ispostavilo da su njezini dijelovi imaju mnogo manju veličinu. Svaki od tri dijela u kojima se upravlja na „podijeli” elektron, nosi informaciju o tome. Orbiton, kao i ime implicira, sadrži podatke o orbitalnom vala čestica. Spinon odgovoran za spin elektrona, Holon nam govori o optužnici. Dakle, fizika može odvojeno promatrati različita stanja elektrona u jako hladi materijala. Oni su uspjeli ući u trag par „holon-spinon” i „spinon-orbiton”, ali ne i sve tri zajedno.

nove tehnologije

Fizičar koji je otkrio elektron morali čekati nekoliko desetljeća prije dok njihovo otkriće je primijenjena u praksi. Danas tehnologija naći primjenu u nekoliko godina, dovoljno je sjetiti se grafena - nevjerojatna materijala koji se sastoji od atoma ugljika u jednom sloju. Podjela elektrona će biti od pomoći? Znanstvenici predviđaju da je stvaranje kvantnog računala, od kojih je brzina, prema njima, nekoliko desetaka puta veći od današnjih najjačih računala.

Koja je tajna kvantne računalne tehnologije? To se može nazvati jednostavno optimizacije. U konvencionalnom računalu, minimalna nedjeljivi dio informacija - malo. A ako uzmemo u obzir podatke s nečim vizualnom, nešto za auto samo dvije opcije. Bit mogu sadržavati bilo nula ili jedan, koji je dio binarnog koda.

nova metoda

Sada zamislite da u malo sadržane i nule, i jedinice - A „kvantni malo” ili „kocka”. Uloga jednostavnih varijabli će igrati spin elektrona (to može rotirati ili smjeru kazaljke na satu ili obrnuto). Za razliku od jednostavne malo kocka može obavljati više funkcija istovremeno, i zbog tog povećanja će doći do brzine, niski elektronski masu i naboj nisu važni.

To se može objasniti na primjeru labirinta. Kako izaći iz nje, morate probati mnogo različitih opcija od kojih je samo jedan će biti točna. Tradicionalna računala i rješava probleme brzo, ali u jednom trenutku može raditi samo na jednom problemu. On nabraja sve opcije na jednoj trakta, i na kraju pronalazi izlaz. Kvantno računalo, zahvaljujući dualne kyubita može riješiti mnoge probleme istovremeno. On će pregledati sve mogućnosti nisu na liniji, te u jednom trenutku u vremenu, ali i riješiti problem. Problem je samo u mjeri u kojoj je dobiti puno posla na kvantnoj objekt - to će biti osnova za novu generaciju računala.

primjena

Većina ljudi koristi računalo na razini kućanstva. S ovim izvrsnim posao tako daleko i konvencionalnih računala, ali je predvidjeti određene događaje tisuće, možda stotine tisuća varijabli, stroj mora biti jednostavno ogroman. Kvantno računalo lako nositi se s takvim stvarima kao što prognozu vremena za mjesec dana, liječenje katastrofe i njegovih predviđanja podataka, te će također obavljati složene matematičke proračune s više varijabli za djelić sekunde, a sve s procesorom od nekoliko atoma. Dakle, moguće je, vrlo brzo naši najmoćniji računala papira tanke.

Ostati zdrava

Kvantno računalo tehnologije učinit će ogroman doprinos medicini. Čovječanstvo će biti u stanju stvoriti nanomachinery s jakim potencijalom, uz njihovu pomoć, to će biti moguće ne samo dijagnosticirati bolesti jednostavno gleda na cijelo tijelo iznutra, ali i osigurati medicinsku njegu bez operacije: sićušnih robota sa „mozak” osim računalo može obavljati sve operacije.

Neizbježna revolucija u području računalnih igara. Snažni strojevi koji odmah može riješiti problem, moći će se igrati igre sa nevjerojatno realnim grafike, to nije daleko, već i računalnih svjetovi s punim uranjanja.