Apa elektron? Massa dan muatan elektron

Elektron - partikel fundamental, salah satu dari mereka yang merupakan unit struktural dari materi. Menurut klasifikasi adalah fermion (partikel dengan setengah-integral spin, dinamai fisikawan Enrico Fermi) dan lepton (partikel dengan setengah-bilangan bulat spin, tidak berpartisipasi dalam interaksi yang kuat, salah satu dari empat besar dalam fisika). jumlah baryon elektron adalah nol, serta lepton lainnya.

Sampai saat ini diyakini bahwa elektron - sebuah SD, yang terbagi, yang tidak memiliki struktur partikel, tetapi para ilmuwan memiliki pendapat yang berbeda hari ini. Apa elektron pada presentasi fisika modern?

Sejarah nama

Bahkan di naturalis Yunani kuno memperhatikan bahwa ambar, pra-digosok dengan bulu, menarik benda-benda kecil, yaitu menunjukkan sifat elektromagnetik. Nama elektron yang diterima dari ἤλεκτρον Yunani, yang berarti "kuning". Istilah menyarankan George. Stoney pada tahun 1894, meskipun partikel ditemukan oleh J .. Thompson pada tahun 1897. Itu sulit untuk menemukan penyebab ini adalah massa kecil dan muatan elektron menjadi untuk menemukan pengalaman yang menentukan. Gambar-gambar pertama dari partikel adalah Charles Wilson dengan kamera khusus, yang digunakan bahkan dalam percobaan modern dan dinamai untuk menghormatinya.

Fakta yang menarik adalah bahwa salah satu prasyarat untuk pembukaan sebuah elektron adalah perkataan Benjamin Franklin. Pada 1749 ia mengembangkan hipotesis bahwa listrik - zat material. Hal ini dalam karya-karyanya pertama kali menggunakan istilah seperti muatan positif dan negatif, discharge kapasitor, baterai dan partikel listrik. Muatan spesifik elektron dianggap negatif, dan proton - positif.

Penemuan elektron

Pada 1846, konsep sebuah "atom listrik" digunakan dalam karya-karyanya, fisikawan Jerman Wilhelm Weber. Maykl Faradey menemukan istilah "ion", yang sekarang, mungkin, tahu semua masih di sekolah. Pertanyaan alam listrik melibatkan banyak ulama terkemuka seperti fisikawan Jerman dan matematika Julius Plucker, Zhan Perren, Inggris fisikawan Uilyam Kruks, Ernest Rutherford dan lain-lain.

Jadi, sebelum Dzhozef Tompson berhasil menyelesaikan percobaan terkenal dan membuktikan keberadaan partikel lebih kecil dari atom, dalam pekerjaan bidang banyak ilmuwan dan penemuan tidak mungkin, mereka tidak melakukan pekerjaan kolosal ini.

Pada tahun 1906, Dzhozef Tompson menerima Hadiah Nobel. Pengalaman adalah sebagai berikut: melalui pelat logam paralel dari medan listrik, sinar katoda balok disahkan. Kemudian mereka akan melakukan cara yang sama, tetapi dalam sistem kumparan untuk menciptakan medan magnet. Thompson menemukan bahwa ketika medan listrik dibelokkan balok, dan sama diamati dengan tindakan magnet, namun balok sinar katoda lintasan tidak berubah jika mereka bertindak kedua bidang ini dalam proporsi tertentu, yang tergantung pada kecepatan partikel.

Setelah perhitungan Thompson belajar bahwa kecepatan partikel-partikel ini secara signifikan lebih rendah dari kecepatan cahaya, dan ini berarti bahwa mereka memiliki massa. Dari titik ini fisika telah datang untuk percaya bahwa partikel terbuka materi termasuk dalam atom yang kemudian dikonfirmasi oleh Rutherford. Dia menyebutnya "model planet atom."

Paradoks dunia kuantum

Pertanyaan tentang apa yang merupakan cukup elektron rumit, setidaknya pada tahap perkembangan ilmu pengetahuan. Sebelum mempertimbangkan itu, Anda perlu menghubungi salah satu paradoks fisika kuantum bahwa bahkan para ilmuwan tidak bisa menjelaskan. Ini merupakan percobaan dua celah yang terkenal, menjelaskan sifat ganda dari elektron.

Esensinya adalah bahwa sebelum "senjata", menembakkan partikel, mengatur frame dengan pembukaan persegi panjang vertikal. Di belakangnya adalah dinding, yang akan diamati jejak hits. Jadi, Anda harus terlebih dahulu memahami bagaimana materi berperilaku. Cara termudah untuk melihat bagaimana untuk memulai bola tenis mesin. Bagian dari manik-manik jatuh ke dalam lubang, dan jejak hasil dinding ditambahkan dalam sebuah band vertikal tunggal. Jika pada jarak tertentu untuk menambah jejak lubang yang sama akan membentuk masing-masing, dua band.

Gelombang juga berperilaku berbeda dalam situasi seperti ini. Jika dinding akan menunjukkan jejak tabrakan dengan gelombang, dalam kasus satu band pembuka akan juga satu. Namun, hal yang berubah dalam kasus dua celah. Gelombang melewati lubang, dibagi dua. Jika bagian atas satu gelombang memenuhi bagian bawah yang lain, mereka membatalkan satu sama lain, dan pola interferensi (multiple garis-garis vertikal) akan muncul di dinding. Tempatkan di persimpangan gelombang akan meninggalkan bekas, dan tempat-tempat di mana ada saling pendinginan, tidak ada.

penemuan menakjubkan

Dengan bantuan dari percobaan di atas, para ilmuwan dapat dengan jelas menunjukkan kepada dunia perbedaan antara kuantum dan fisika klasik. Ketika mereka mulai menembakkan elektron dinding, biasanya terjadi pada tanda vertikal di atasnya: beberapa partikel seperti bola tenis jatuh ke jurang, dan beberapa tidak. Tapi itu semua berubah, ketika ada lubang kedua. Di dinding mengungkapkan pola interferensi! Fisika pertama kali memutuskan bahwa elektron mengganggu satu sama lain dan memutuskan untuk membiarkan mereka satu per satu. Namun, setelah beberapa jam (kecepatan elektron yang bergerak masih jauh lebih rendah dari kecepatan cahaya) lagi mulai menunjukkan pola interferensi.

terduga

Elektronik, bersama-sama dengan partikel lain tertentu seperti foton, menunjukkan dualitas gelombang-partikel (juga menggunakan istilah "kuantum gelombang dualisme"). Seperti kucing Schrödinger yang baik hidup dan mati, negara elektron dapat menjadi sel hidup dan gelombang.

Namun, langkah berikutnya dalam percobaan ini telah menghasilkan lebih misteri: partikel fundamental, yang tampaknya tahu segala sesuatu, disajikan sebuah kejutan yang luar biasa. Fisikawan memutuskan untuk menginstal di lubang scoping perangkat untuk mengunci, melalui mana celah partikel, dan bagaimana mereka menampakkan diri sebagai gelombang. Tapi begitu ia diletakkan mekanisme pemantauan di dinding hanya ada dua band sesuai dengan dua lubang, dan tidak ada pola interferensi! Begitu "bayangan" dibersihkan, partikel mulai lagi untuk menunjukkan sifat gelombang seolah-olah dia tahu bahwa dia sudah tidak ada yang menonton.

teori lain

Fisikawan Lahir menyarankan bahwa partikel tidak berubah menjadi gelombang harfiah. Elektron "berisi" gelombang probabilitas, bahwa hal itu memberikan sebuah pola interferensi. Partikel-partikel ini memiliki sifat superposisi, yang berarti mereka dapat berada di mana saja di probabilitas tertentu, dan karena itu mereka bisa disertai oleh seperti "gelombang".

Namun demikian, hasilnya adalah jelas: Kehadiran pengamat mempengaruhi hasil percobaan. Rasanya luar biasa, tetapi bukan satu-satunya contoh dari jenisnya. eksperimen fisika dilakukan pada sebagian besar ibu, sekali obyek dari segmen ini paling tipis aluminium foil. Para ilmuwan telah mencatat bahwa fakta dari beberapa pengukuran mempengaruhi suhu objek. Sifat fenomena ini mereka menjelaskan belum berlaku.

struktur

Tapi apa yang merupakan elektron? Pada titik ini, ilmu pengetahuan modern tidak bisa menjawab pertanyaan ini. Sampai saat ini dianggap partikel dasar terpisahkan, tapi sekarang para ilmuwan cenderung untuk percaya bahwa itu terdiri dari struktur yang lebih kecil.

Muatan spesifik elektron juga dianggap sebagai dasar, tetapi sekarang quark terbuka dengan biaya pecahan. Ada beberapa teori tentang apa yang merupakan elektron.

Hari ini kita bisa lihat artikel, yang menyatakan bahwa para ilmuwan mampu membagi elektron. Namun, ini hanya sebagian benar.

percobaan baru

ilmuwan Soviet kembali pada tahun delapan puluhan abad terakhir telah mengasumsikan bahwa elektron dapat dibagi menjadi tiga quasiparticles. Pada tahun 1996 ia berhasil membaginya menjadi spinon dan Holon, dan baru-baru fisikawan Van den Brink dan timnya dibagi menjadi spinon partikel dan orbiton. Namun, membelah adalah mungkin untuk mencapai hanya dalam keadaan khusus. percobaan dapat dilakukan dalam kondisi suhu yang sangat rendah.

Ketika elektron "keren" nol mutlak, yaitu sekitar -275 derajat Celcius, mereka hampir berhenti dan bentuk antara mereka semacam materi, jika penggabungan menjadi satu partikel. Dalam keadaan seperti itu, dan fisikawan dapat mengamati quasiparticles, dari yang "adalah" elektron.

informasi operator

radius elektron sangat kecil, itu sama dengan ^2,81794. 10 ^-13 cm, tapi ternyata komponennya memiliki ukuran jauh lebih kecil. Masing-masing dari tiga bagian mana berhasil "membagi" elektron, membawa informasi tentang hal itu. Orbiton, seperti namanya, berisi data tentang partikel gelombang orbital. Spinon bertanggung jawab untuk spin elektron, dan Holon memberitahu kita tentang biaya. Dengan demikian, fisika secara terpisah dapat mengamati negara bagian yang berbeda dari elektron dalam bahan sangat didinginkan. Mereka berhasil melacak sepasang "holon-spinon" dan "spinon-orbiton", tapi tidak semua tiga bersama-sama.

teknologi baru

Fisikawan yang menemukan elektron harus menunggu beberapa dekade sebelum sampai penemuan mereka telah diterapkan dalam praktek. Saat ini teknologi menemukan digunakan dalam beberapa tahun, itu sudah cukup untuk mengingat graphene - bahan yang luar biasa terdiri dari atom karbon dalam satu lapisan. Pemisahan elektron akan membantu? Para ilmuwan memprediksi bahwa penciptaan komputer kuantum, kecepatan yang, menurut mereka, beberapa puluh kali lebih besar dari komputer yang paling kuat saat ini.

Apa rahasia dari teknologi komputer kuantum? Ini bisa disebut optimasi sederhana. Dalam komputer konvensional, bagian tak terpisahkan minimal informasi - sedikit. Dan jika kita mempertimbangkan data dengan sesuatu yang visual, sesuatu untuk mobil hanya dua pilihan. Bit dapat berisi baik nol atau satu, yang merupakan bagian dari kode biner.

metode baru

Sekarang mari kita bayangkan bahwa dalam sedikit terkandung dan nol, dan unit - "bit kuantum" atau "Cube". Peran variabel sederhana akan memainkan spin elektron (dapat memutar baik searah jarum jam atau berlawanan). Tidak seperti bit Cube sederhana dapat melakukan beberapa fungsi secara bersamaan, dan karena peningkatan ini akan terjadi kecepatan, massa elektron rendah dan biaya yang tidak penting di sini.

Hal ini dapat dijelaskan dengan contoh labirin. Untuk keluar dari itu, Anda perlu mencoba banyak pilihan yang berbeda dari yang hanya satu akan benar. komputer tradisional bahkan memecahkan masalah dengan cepat, namun pada satu waktu hanya bisa bekerja pada satu masalah. Dia menyebutkan semua pilihan pada satu saluran, dan akhirnya menemukan jalan keluar. Komputer kuantum, berkat kyubita dualitas dapat memecahkan banyak masalah secara bersamaan. Dia akan meninjau semua pilihan tidak on line, dan pada saat satu waktu, dan juga memecahkan masalah. Kesulitan hanya di sejauh ini adalah untuk mendapatkan banyak pekerjaan pada objek kuantum - ini akan menjadi dasar bagi generasi baru komputer.

aplikasi

Kebanyakan orang menggunakan komputer di tingkat rumah tangga. Dengan pekerjaan ini sangat baik sejauh ini dan PC konvensional, tetapi untuk memprediksi peristiwa tertentu ribu, mungkin ratusan ribu variabel, mesin harus cukup besar. komputer kuantum dengan mudah mengatasi hal-hal seperti prediksi cuaca selama satu bulan, pengobatan bencana dan data prediksi, dan juga akan melakukan perhitungan matematika yang kompleks dengan beberapa variabel untuk sepersekian detik, semua dengan prosesor dari beberapa atom. Jadi adalah mungkin, segera komputer kita yang paling kuat tipis kertas.

tetap sehat

teknologi komputer kuantum akan membuat kontribusi yang besar untuk obat-obatan. Manusia akan dapat membuat nanomachinery dengan potensi yang kuat, dengan bantuan mereka, akan mungkin tidak hanya untuk mendiagnosa penyakit hanya dengan melihat seluruh tubuh dari dalam, tetapi juga untuk memberikan perawatan medis tanpa operasi: robot kecil dengan "otak" selain komputer dapat melakukan semua operasi.

revolusi tak terelakkan di bidang game komputer. mesin kuat yang langsung dapat memecahkan masalah, akan dapat memainkan game dengan grafis yang sangat realistis, tidak jauh sudah dan dunia komputer dengan perendaman penuh.