Електрон
HAtomOrbitals.png
Атомні орбіталі гідрогену з різними рівнями енергії. Чим яскравіша ділянка, тим імовірніше перебування в ній електрона в будь-який момент часу.
Склад: елементарна частинка[1]
Родина: ферміон
Група: лептон
Покоління: перше
взаємодії: електромагнітна, гравітаційна, слабка
Частинка: електрон
Античастинка: позитрон
Передбачена: Річардом Ламінгом[en] (1838—1851)[2],
Джорджем Стоні (1874) та ін.[3][4]
Відкрита: Дж. Дж. Томсоном[5] у 1897 році
Символ: e-, β-
Маса: 9,109 383 56(11)×10-31 кг[6]
5,485 799 090 70(16)×10-4 а. о. м.[6]
[1822,888 484 5(14)]−1 а. о. м.[note 1]
0,510 998 946 1(31) МеВ/c2[6]
Час життя: стабільний (> 6,6×1028 років[7])
Електричний заряд: -1 e[note 2]
-1,602 176 620 8(98)×10-19 Кл[6]
-4,803 204 51(10)×10-10 Фр[en]
Спін: 1/2

Електро́н — субатомна частинка з негативним елементарним електричним зарядом[8]. Електрони належать до першого покоління лептонів[9], та зазвичай вважаються фундаментальними частинками, оскільки для них невідомі складові компоненти чи субструктура[1]. Маса електрона становить близько 1/1836 маси протона[10]. Квантовомеханічні властивості електрона включають внутрішній кутовий момент (спін), напівціле значення, виражене в одиницях зведеної сталої Планка, ħ. Оскільки вони є ферміонами, то відповідно до принципу Паулі в кожному квантовому стані може перебувати не більше одного електрона[9]. Як і інші елементарні частинки, електрони проявляють властивості як частинок, так і хвиль: вони можуть зіштовхуватися з іншими частинками та дифрагувати подібно до світла. Хвильові властивості електронів простіше спостерігати експериментально у порівнянні з хвильовими властивостями нейтронів і протонів через те, що електрони мають меншу масу і отже більшу довжину хвилі де Бройля для заданої енергії.

Електрони відіграють важливу роль у багатьох фізичних явищах, таких як електрика, магнетизм, хімія та теплопровідність, і вони також беруть участь у гравітаційній, електромагнітній та слабкій взаємодіях[11]. Оскільки електрон має заряд, він оточений електричним полем, і якщо цей електрон рухається відносно спостерігача, він генерує магнітне поле. Електромагнітні поля від інших джерел (не тих, що породжені електроном) вплинуть на рух електрона відповідно до формули для сили Лоренца. Електрони випромінюють чи поглинають енергію у формі фотонів якщо вони рухаються з прискоренням. Лабораторні інструменти здатні захоплювати як окремі електрони, так і електронну плазму за рахунок використання електромагнітних полів. Спеціальні телескопи здатні виявляти електронну плазму в космічному просторі. Електрони використовуються в електроніці, для зварювання, в електронно-променевих трубках, електронних мікроскопах, променевій терапії, лазерах, газових іонізаційних детекторах[en] та прискорювачах заряджених частинок.

Взаємодії за участі електронів з іншими субатомними частинками є цікавими для таких наук, як хімія чи ядерна фізика. Кулонівська сила взаємодії між позитивно зарядженим протоном всередині атомного ядра та негативно зарядженими електронами ззовні, дає можливість існувати атомам. Іонізація чи різниця у співвідношенні негативно заряджених електронів відносно позитивно заряджених ядер змінює енергію зв'язку атомних систем. Обмін електронами чи їх розподіл між двома чи більше атомами є головною причиною утворення хімічних зв'язків[12]. 1838 року британський натураліст Річард Ламінг[en] вперше припустив існування неподільної кількості електричного заряду для пояснення хімічних властивостей атомів[3]. 1891 року ірландський фізик Джордж Стоні назвав цей заряд «електроном», і 1897 року Джозеф Джон Томсон з групою британських фізиків виявили його як частинку[5][13][14]. Електрони також можуть брати участь у ядерних реакціях, таких як нуклеосинтез у зорях, де вони відомі як бета-частинки. Електрони можуть утворюватися внаслідок бета-розпаду радіоактивних ізотопів та високоенергетичних зіткнень, наприклад коли космічні промені входять в атмосферу. Античастинка електрона називається позитроном; він ідентичний електрону за винятком того, що має електричний та інші заряди[en] протилежного знаку. Коли електрон зіштовхується з позитроном, обидві частинки повністю анігілюють, утворюючи рентгенівські фотони.

Історія

У Стародавній Греції помітили, що бурштин притягує невеликі об'єкти, якщо його потерти об хутро. Поряд із блискавкою, це явище є одним із перших описаних спостережень за електрикою[15]. У своєму трактаті «De Magnete»[en] («Про магніти») від 1600 року, англійський науковець Вільям Гілберт використав неолатинський термін «electricus», для позначення цієї властивості невеликих об'єктів після натирання[16].

Коментарі

  1. Дробова версія знаменника є оберненим десятковим значенням (разом з його відносною стандартною похибкою 4,2×10-13 а. о. м.).
  2. Заряд електрона дорівнює елементарному заряду зі знаком «мінус».

Примітки

  1. а б Eichten, E.J.; Peskin, M.E.; Peskin, M. (1983). New Tests for Quark and Lepton Substructure. Physical Review Letters 50 (11): 811–814. Bibcode:1983PhRvL..50..811E. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811.  (англ.)
  2. Farrar, W.V. (1969). Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter. Annals of Science 25 (3): 243–254. doi:10.1080/00033796900200141.  (англ.)
  3. а б Arabatzis, T. (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. с. 70–74. ISBN 0-226-02421-0.  (англ.)
  4. Buchwald, J.Z.; Warwick, A. (2001). Histories of the Electron: The Birth of Microphysics. MIT Press. с. 195–203. ISBN 0-262-52424-4.  (англ.)
  5. а б Thomson, J.J. (1897). Cathode Rays. Philosophical Magazine 44 (269): 293–316. doi:10.1080/14786449708621070.  (англ.)
  6. а б в г P.J. Mohr, B.N. Taylor, and D.B. Newell, "The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants". This database was developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova. Available: [1]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899. (англ.)
  7. Agostini M. et al. (Borexino Coll.) (2015). Test of Electric Charge Conservation with Borexino. Physical Review Letters 115 (23): 231802. Bibcode:2015PhRvL.115w1802A. PMID 26684111. arXiv:1509.01223. doi:10.1103/PhysRevLett.115.231802.  (англ.)
  8. JERRY COFF. Процитовано 10 September 2010.  (англ.)
  9. а б Curtis, L.J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. с. 74. ISBN 0-521-53635-9.  (англ.)
  10. CODATA value: proton-electron mass ratio. 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Процитовано 2009-07-18.  (англ.)
  11. Anastopoulos, C. (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. с. 236–237. ISBN 0-691-13512-6.  (англ.)
  12. Pauling, L.C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (вид. 3rd). Cornell University Press. с. 4–10. ISBN 0-8014-0333-2.  (англ.)
  13. Dahl (1997:122–185).
  14. Wilson, R. (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. с. 138. ISBN 0-7484-0748-0.  (англ.)
  15. Shipley, J.T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. с. 133. ISBN 0-88029-751-4. 
  16. Baigrie, B. (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. с. 7–8. ISBN 0-313-33358-0.  (англ.)