Mikä on elektronin? Massa ja sähkövaraus

Electron - perustavanlaatuinen hiukkanen, yksi niistä, jotka ovat rakenteellisia aineyksiköihin. Luokituksen mukaisesti on fermioni (hiukkasen puoli-kiinteä spin, nimetty fyysikko Enrico Fermi) ja leptonit (hiukkasia, puoli-kokonaisluku spin, eivät osallistu vahva vuorovaikutus, yksi neljästä suuresta fysiikan). Baryoniluku elektronin on nolla, samoin kuin muut leptonit.

Viime aikoihin asti uskottiin, että elektroni - peruskoulun, joka on jakamaton, jolla ei ole rakenteen hiukkasen, mutta tutkijat ovat eri mieltä tänään. Mikä on elektronin esitettäessä modernin fysiikan?

Historia nimi

Jo antiikin Kreikassa luonnontieteilijöitä huomannut, että keltainen, valmiiksi hierottu turkista, houkuttelee pieniä esineitä, eli esittelee sähkömagneettisia ominaisuuksia. Nimi elektroni saanut Kreikan ἤλεκτρον, joka tarkoittaa "keltaista". Termi ehdotti George. Stoney 1894, vaikka hiukkanen löysi J .. Thompson vuonna 1897. Se oli vaikea löytää syy tähän on pieni massa ja vastaa elektronin tuli löytää ratkaiseva kokemus. Ensimmäiset kuvat hiukkasista oli Charles Wilson erityisellä kameralla, jota käytetään myös moderneja kokeiluja ja on nimetty hänen kunniakseen.

Mielenkiintoinen seikka on se, että yksi edellytys avaamisesta elektronin on sanonta Benjamin Franklin. Vuonna 1749 hän kehitti oletusta, että sähkö - materiaalin aine. On teoksissaan ensin käytetty termejä kuten positiivisten ja negatiivisten varausten, kondensaattorit purkautuvat, akku ja sähköiset hiukkaset. Erityismaksun elektroneja pidetään negatiivinen, ja protoni - positiivinen.

Löytö elektronin

Vuonna 1846 käsite "atomi sähköä" käytettiin teoksissaan, saksalainen fyysikko Wilhelm Weber. Maykl Faradey löysi termi "ioni", joka on nyt ehkä tietää kaikki vielä koulussa. Kysymys Sähkön luonteen mukana monia arvostettuja tutkijoita kuten saksalainen fyysikko ja matemaatikko Julius Plucker, Zhan Perren, Englanti fyysikko Uilyam Kruks, Ernest Rutherford ja muut.

Siten ennen Dzhozef Tompson suorittanut hänen kuuluisa kokeilu ja näyttänyt toteen hiukkasen pienempi kuin atomi, alalla työtä monet tutkijat ja löytö olisi mahdotonta, he eivät ole tehneet tätä valtava työ.

Vuonna 1906, Dzhozef Tompson sai Nobelin. Kokemus oli seuraava: rinnakkaisportin kautta metallilevyjen sähkökentän, katodisädeputkien palkit kulunut. Sitten he olisivat tehneet samoin, mutta kelan järjestelmä luoda magneettikentän. Thompson havaittu, että kun sähkökenttä käännetään palkit, ja sama on havaittu magneettinen toiminta, mutta säteet katodisädeputkien lentorata ei ole muuttunut, jos ne toimi sekä näiden alojen tietyissä suhteissa, jotka riippuvat hiukkasnopeus.

Jälkeen laskelmat Thompson tietää, että nopeus näitä hiukkasia on huomattavasti pienempi kuin valon nopeus, ja tämä tarkoittaa, että niillä on massa. Tästä näkökulmasta fysiikan ovat alkaneet uskoa, että avoin hiukkasiin sisältyvät atomien vahvistettiin myöhemmin Rutherford. Hän kutsui sitä "planeetan malli atomi."

Paradokseja Kvanttimaailmassa

Kysymys siitä, mikä on elektronin tarpeeksi mutkikasta, ainakin tässä vaiheessa tieteen kehitystä. Ennen kuin tarkastellaan sitä, sinun täytyy ottaa yhteyttä yhteen paradokseja kvanttifysiikan että jopa tiedemiehet voi selittää. Tämä on kuuluisa kahden viilto kokeilu, jossa selitetään kahtalainen luonne elektronin.

Sen ydin on, että ennen "ase", ampuminen hiukkasia, asettaa runko pystysuora suorakulmaisen aukon. Hänen takanaan on seinä, johon havaitaan jälkiä osumia. Joten, sinun on ensin ymmärrettävä, miten asia toimii. Helpoin tapa nähdä miten aloittaa koneen tennispallot. Osa helmiä lasku reikään, ja jälkiä seinään johtaa lisätään yksi pystysuora bändi. Jos tietyllä etäisyydellä lisätä toisen samaan reikään jälkiä muodostavat, vastaavasti, kaksi juovaa.

Aallot käyttäytyvät myös eri tavoin tällaisessa tilanteessa. Jos seinä on jälkiä törmäyksen aalto, jos kyseessä on yksi liuska on myös yksi. Tilanne on kuitenkin muuttumassa, kun kyseessä on kaksi rakoa. Aalto kulkee reikien läpi, jaetaan puoli. Jos alkuun yksi aalto täyttää pohjaan toisen, ne kumoavat toisensa, ja interferenssikuvion (useita pystyjuovat) näkyy seinään. Aseta risteyksessä aallot jättää jälkensä, ja paikkoja, joissa oli molemminpuolinen sammutusta, no.

hämmästyttävä löytö

Avulla edellä kokeessa tutkijat voivat selvästi osoittaa maailmalle eroa kvantti ja klassisen fysiikan. Kun he alkoivat ampua elektronit seinä, esiintyy yleensä pystysuorassa merkki siitä: jotkut hiukkaset aivan kuin tennispallo putosi rakoon, ja jotkut eivät. Mutta kaikki muuttui, kun oli toinen reikä. Seinällä paljasti interferenssikuvio! Ensimmäinen Physics päätti elektroneja häiritsevät toisiaan ja päätti antaa ne yksi kerrallaan. Kuitenkin, kun pari tuntia (nopeus liikkuvien elektronien on vielä paljon pienempi kuin valon nopeus) jälleen alkoi näkyä interferenssikuvion.

odottamattoman

Sähköinen, yhdessä eräiden muiden hiukkasten, kuten fotonit, ilmentää Aaltohiukkasdualismi (myös käytetään termiä "kvantti-aalto dualismin"). Kuten kissa Schrödingerin että molemmat elossa ja kuolleet, elektroni tila voi olla sekä solususpension ja aalto.

Kuitenkin seuraava askel tässä kokeessa on aiheuttanut vieläkin mysteereistä: perustavanlaatuinen hiukkanen, joka tuntui tietävän kaiken esitteli uskomaton yllätys. Fyysikot päättää asentaa reikiin rajaus laitteessa lukita, jonka kautta raon hiukkasen ovat, ja miten ne ilmenevät aaltoina. Mutta kun se on laitettu seurantajärjestelmä seinälle oli vain kaksi vyöhykettä, jotka vastasivat kaksi reikää, ja ei interferenssikuvio! Heti kun "varjostus" puhdistettu, hiukkanen alkoi jälleen osoittaa aallon ominaisuudet kuin jos hän tiesi, että hän oli jo kukaan ei ole katsomassa.

toinen teoria

Fyysikko Born ehdotti, että hiukkanen ei muutu aalto kirjaimellisesti. Elektron "sisältää" aalto todennäköisyydellä, että se antaa interferenssikuvion. Nämä hiukkaset on ominaisuus päällekkäisyys, eli ne voivat olla missä tahansa tietty todennäköisyys, ja sen vuoksi ne voidaan liittää tällainen "aalto".

Siitä huolimatta tulos on selvä: pelkkä läsnäolo tarkkailijan vaikuttaa lopputulokseen kokeen. Tuntuu uskomattomalta, mutta se ei ole ainoa esimerkki lajissaan. Fysiikan kokeita suoritettiin suuren osan äidin, kun tavoitteena segmentin oli ohuin alumiinifoliolla. Tutkijat ovat todenneet, että pelkästään se, että joissakin mittauksissa vaikuttaa kohteen lämpötila. Luonteen nämä ilmiöt he selittävät ei ole vielä voimassa.

rakenne

Mutta mikä muodostaa elektroni? Tässä vaiheessa, moderni tiede voi vastata tähän kysymykseen. Viime aikoihin asti pidettiin jakamattomana alkeishiukkasten, mutta nyt tutkijat ovat taipuvaisia uskomaan, että se koostuu vielä pienempiä rakenteita.

Erityinen vastaava elektroneja pidetään myös perus, mutta ovat nyt auki kvarkkien kanssa murto-maksu. On olemassa useita teorioita siitä, mikä on elektroni.

Tänään voimme nähdä artikkeli, jossa todetaan, että tutkijat pystyivät jakamaan elektroni. Tämä on kuitenkin vain osittain totta.

uusia kokeiluja

Neuvostoliiton tiedemiehet takaisin kahdeksankymmentäluvulla viime vuosisadan ovat olettaneet, että elektronin voidaan jakaa kolmeen quasiparticles. Vuonna 1996 hän onnistui jakaa se spinon Hoolon ja hiljattain fyysikko Van den Brink ja hänen tiiminsä jaettiin hiukkasen spinon ja orbiton. Kuitenkin halkaisu on mahdollista saavuttaa vain erityistilanteissa. Koe voidaan suorittaa olosuhteissa erittäin alhaisissa lämpötiloissa.

Kun elektronit ovat "viileä" absoluuttista nolla, joka on noin -275 astetta, ne melkein pysähtyy ja muodostavat väliinsä eräänlainen asia, jos sulautuu yhden hiukkasen. Tällaisessa tilanteessa, ja fyysikot voi tarkkailla quasiparticles, joka "on" elektroneja.

kantajia tiedot

Electron säde on hyvin pieni, se on yhtä kuin ^2,81794. 10 ^-13 cm, mutta käy ilmi, että sen komponentit ovat paljon pienempiä. Kukin kolmesta osasta, johon onnistui "hajota" elektroni, kuljettaa tietoja. Orbiton, kuten nimikin kertoo, se sisältää tietoja kiertoradan aallon hiukkanen. Spinon vastuussa spin elektronin, ja Holon kertoo latauksen. Siten, fysiikan voi erikseen tarkkailla erilaisia tiloja elektronien voimakkaasti jäähdytetty materiaali. He onnistuivat jäljittämään pari "Holonin-spinon" ja "spinon-orbiton", mutta ei kaikki kolme yhdessä.

uudet teknologiat

Fyysikko joka löysi elektronin joutui odottamaan useita vuosikymmeniä ennen kunnes niiden löytö on sovellettu käytännössä. Nykyään teknologioiden käyttöä useita vuosia, se riittää muistaa grafeenin - hämmästyttävä materiaalia koostuvat hiiliatomeista yhteen kerrokseen. Halkaisu elektronin olisi hyötyä? Tutkijat ennustavat, että luominen kvanttitietokoneen, jonka nopeus, niiden mukaan muutamia kymmeniä kertoja suurempi kuin nykypäivän tehokkaita tietokoneita.

Mikä on salaisuus kvantti tietotekniikkaa? Tätä voidaan kutsua yksinkertaisen optimointi. Tavanomaisessa tietokone, vähintään jakamaton osa tiedoista - vähän. Ja jos ajatellaan datan jotain visuaalista, jotain auto vain kaksi vaihtoehtoa. Bitti voi sisältää joko nolla tai yksi, joka on osa binaarikoodin.

uusi menetelmä

Nyt kuvitella, että hieman sisälsi ja nolla, ja yksikkö - "kvanttibitti" tai "Cube". Rooli yksinkertaisia muuttujia pelaavat spin elektronin (se voi pyöriä joko myötä- tai vastapäivään). Toisin yksinkertainen bittinen kuutio voi suorittaa useita tehtäviä samanaikaisesti, ja koska tämä kasvu tapahtuu pienen pyörimisnopeuden elektronin massa ja varaus eivät ole tärkeitä tässä.

Tämä voidaan selittää esimerkin labyrintin. Päästä pois, sinun täytyy yrittää paljon erilaisia vaihtoehtoja, joista vain yksi on oikea. Perinteinen tietokone jopa ratkaisee ongelmat nopeasti, mutta kerralla voisi toimia ainoastaan yhdellä ongelma. Hän luettelee kaikki vaihtoehdot yhdellä suolikanavan, ja lopulta löytää ulospääsyn. Kvanttitietokonetta ansiosta kaksinaisuus kyubita voi ratkaista monia ongelmia samanaikaisesti. Hän tarkistaa kaikki vaihtoehdot eivät ole verkossa, ja yhtenä hetkenä, ja myös ratkaisemaan ongelman. Vaikeus on vain siinä määrin on saada paljon työtä quantum esine - tämä tulee olemaan pohjana uuden sukupolven tietokoneen.

hakemus

Useimmat ihmiset käyttävät tietokonetta kotitalouksien tasolla. Tämän erinomaisen työn toistaiseksi ja perinteisen PC, mutta ennustaa tiettyjä tapahtumia tuhansia, ehkä satoja tuhansia muuttujia, laite pysyy yksinkertaisesti valtava. Kvantti tietokoneen helposti selvitä muun muassa ennustamisen kuukauden, hoito katastrofin ja sen ennustedataa, ja myös suorittaa monimutkaisia matemaattisia laskutoimituksia, jossa on useita muuttujia murto toisen, kaikki prosessori muutaman atomin. On siis mahdollista, hyvin pian Tehokkain tietokoneet ovat paperinohutta.

Terveydenhuolto

Quantum tietotekniikka tekee valtava vaikutus lääkettä. Ihmiskunta pystyy luomaan nanomachinery vahvojen potentiaalia, niiden avulla on mahdollista paitsi sairauksien diagnosoimiseksi yksinkertaisesti katsomalla koko kehon sisältä, mutta myös tarjota sairaanhoidon ilman leikkausta: pieni robotit "aivot" kuin tietokone voi suorittaa kaikkia toimintoja.

Väistämätön vallankumous alalla tietokonepelejä. Tehokkaita koneita, jotka voivat hetkessä ratkaista ongelman, voi pelata pelejä uskomattoman realistinen grafiikka, se ei ole kaukana jo ja tietokoneen maailmoja täyden upottamalla.