Un électron est particule élémentaire, qui est l’une des principales unités de la structure de la matière. La charge électronique est négative. Les mesures les plus précises ont été réalisées au début du XXe siècle par Millikan et Ioffe.

La charge électronique est égale à moins 1,602176487 (40)*10 -1 9 C.

La charge électrique des autres plus petites particules est mesurée grâce à cette valeur.

Concept général de l'électron

La physique des particules dit que l’électron est indivisible et n’a aucune structure. Il est impliqué dans les processus électromagnétiques et gravitationnels et appartient au groupe des leptons, tout comme son antiparticule, le positron. Parmi les autres leptons, il est le plus léger. Si des électrons et des positrons entrent en collision, cela entraîne leur annihilation. Une telle paire peut provenir d’un quantum gamma de particules.

Avant la mesure des neutrinos, l’électron était considéré comme la particule la plus légère. En mécanique quantique, il est classé comme fermion. L'électron possède également un moment magnétique. Si un positron y est également inclus, alors le positron est divisé en particule chargée positivement et l'électron est appelé négatron, en tant que particule avec une charge négative.

«>

Propriétés sélectionnées des électrons

Les électrons sont classés comme la première génération de leptons, possédant les propriétés des particules et des ondes. Chacun d'eux est doté d'un état quantique, déterminé en mesurant l'énergie, l'orientation du spin et d'autres paramètres. Son appartenance aux fermions se révèle à travers l'impossibilité d'avoir deux électrons dans le même état quantique en même temps (selon le principe de Pauli).

Elle est étudiée de la même manière qu'une quasiparticule dans un potentiel cristallin périodique, dont la masse effective peut différer significativement de la masse au repos.

Grâce au mouvement des électrons se produit électricité, magnétisme et thermo EMF. La charge d'un électron en mouvement forme un champ magnétique. Cependant, un champ magnétique externe dévie la particule de la direction droite. Lorsqu’il est accéléré, un électron acquiert la capacité d’absorber ou d’émettre de l’énergie sous forme de photon. Sa multitude est constituée de coquilles atomiques électroniques dont le nombre et la position déterminent Propriétés chimiques.

La masse atomique est principalement constituée de protons et de neutrons nucléaires, tandis que la masse des électrons représente environ 0,06 % du total. poids atomique. Pouvoir électrique La force coulombienne est l'une des principales forces capables de maintenir un électron proche du noyau. Mais lorsque les molécules sont créées à partir d'atomes et apparaissent liaisons chimiques, les électrons sont redistribués dans le nouvel espace formé.

Les nucléons et les hadrons participent à l'apparition des électrons. Isotopes avec propriétés radioactives capable d'émettre des électrons. Dans les laboratoires, ces particules peuvent être étudiées à l'aide d'instruments spéciaux et, par exemple, des télescopes peuvent en détecter le rayonnement dans les nuages ​​​​de plasma.

Ouverture

L'électron a été découvert par des physiciens allemands au XIXe siècle alors qu'ils étudiaient les propriétés cathodiques des rayons. Puis d’autres scientifiques ont commencé à l’étudier plus en détail, l’élevant au rang de particule à part entière. Les rayonnements et d'autres phénomènes physiques connexes ont été étudiés.

Par exemple, l'équipe dirigée par Thomson a estimé la charge de l'électron et la masse du rayon cathodique, dont la relation, comme ils l'ont constaté, ne dépend pas de la source matérielle.
Et Becquerel a découvert que les minéraux émettent des rayonnements par eux-mêmes et que leurs rayons bêta peuvent être déviés par l'exposition. champ électrique, et la masse et la charge ont conservé le même rapport que les rayons cathodiques.

Théorie atomique

Selon cette théorie, un atome est constitué d’un noyau et d’électrons autour de lui, disposés en nuage. Ils se trouvent dans certains états d'énergie quantifiés dont le changement s'accompagne du processus d'absorption ou d'émission de photons.

Mécanique quantique

Au début du XXe siècle, une hypothèse a été formulée selon laquelle les particules matérielles possèdent à la fois les propriétés des particules elles-mêmes et des ondes. La lumière peut également apparaître sous forme d’onde (on l’appelle onde de Broglie) et de particules (photons).

En conséquence, la célèbre équation de Schrödinger a été formulée, décrivant la propagation des ondes électroniques. Cette approche s'appelait la mécanique quantique. Il a été utilisé pour calculer les états électroniques de l’énergie dans l’atome d’hydrogène.

Propriétés fondamentales et quantiques de l'électron

La particule présente des propriétés fondamentales et quantiques.

Les fondamentaux incluent la masse (9,109 * 10 -31 kilogrammes), la charge électrique élémentaire (c'est-à-dire la partie minimale de la charge). D’après les mesures effectuées jusqu’à présent, l’électron ne contient aucun élément pouvant révéler sa sous-structure. Mais certains scientifiques estiment qu’il s’agit d’une particule chargée ponctuelle. Comme indiqué au début de l'article, la charge électrique électronique est de -1,602 * 10 -19 C.

«>Étant une particule, un électron peut simultanément être une onde. Une expérience avec deux fentes confirme la possibilité de son passage simultané à travers les deux. Cela entre en conflit avec les propriétés d’une particule, où le passage à travers une seule fente à la fois est possible.

On pense que les électrons ont la même propriétés physiques. Par conséquent, leur réarrangement, du point de vue de la mécanique quantique, n'entraîne pas de changement dans l'état du système. La fonction d'onde électronique est antisymétrique. Par conséquent, ses solutions disparaissent lorsque des électrons identiques tombent dans le même état quantique (principe de Pauli).

Électron. Éducation et structure de l'électron. Monopôle magnétique d'un électron.

(continuation)

Partie 4. La structure de l'électron.

4.1. Un électron est une particule à deux composants, constituée uniquement de deux champs super-denses (condensés, concentrés) : le champ électrique négatif et champ magnétique-N. Où:

a) densité électronique - le maximum possible dans la nature ;

b) dimensions des électrons (D = 10 -17 cm ou moins) - minime dans la nature ;

c) conformément à l'exigence de minimisation de l'énergie, toutes les particules - électrons, positons, particules à charge fractionnaire, protons, neutrons, etc. doivent avoir (et avoir) une forme sphérique ;

d) pour des raisons encore inconnues, quelle que soit la valeur énergétique du photon « parent », absolument tous les électrons (et positrons) naissent absolument identiques dans leurs paramètres (par exemple, la masse d'absolument tous les électrons et positrons est de 0,511 MeV).

4.2. « Il a été établi de manière fiable que le champ magnétique d’un électron est la même propriété intégrale que sa masse et sa charge. Les champs magnétiques de tous les électrons sont les mêmes, tout comme leurs masses et leurs charges sont les mêmes. » (c) Cela nous permet automatiquement de tirer une conclusion sans ambiguïté sur l'équivalence de la masse et de la charge de l'électron, c'est-à-dire : la masse de l'électron est l'équivalent de la charge, et vice versa - la charge de l'électron est l'équivalent de la masse (pour le positron - de même).

4.3. Propriété spécifiée l'équivalence s'étend également aux particules avec des charges fractionnaires (+2/3) et (-1/3), qui sont à la base des quarks. Autrement dit : la masse d'un positon, d'un électron et de toutes les particules fractionnaires est l'équivalent de leur charge, et vice versa - les charges de ces particules sont l'équivalent de la masse. Par conséquent, la charge spécifique de l’électron, du positron et de toutes les particules fractionnaires est la même (const) et est égale à 1,76*10. 11 Kl/kg.

4.4. Puisqu'un quantum d'énergie élémentaire est automatiquement un quantum de masse élémentaire, la masse électronique (en tenant compte de la présence de particules fractionnaires 1/3 et 2/3) doit avoir des valeurs multiples des masses de trois demi-quanta négatifs. (Voir aussi « Photon. Structure du photon. Principe du mouvement. paragraphe 3.4.)

4.5. Déterminer la structure interne d’un électron est très difficile pour de nombreuses raisons ; cependant, il est d’un grand intérêt de considérer, au moins en première approximation, l’influence de deux composants (électrique et magnétique) sur la structure interne de l’électron. Voir fig. 7.

Figure 7. Structure interneélectron, options :

Option 1. Chaque paire de lobes demi-quantiques négatifs forme des « microélectrons », qui forment ensuite un électron. Dans ce cas, le nombre de « microélectrons » doit être un multiple de trois.

Option 2. Un électron est une particule à deux composants, constituée de deux monopôles hémisphériques indépendants ancrés : électrique (-) et magnétique (N).

Option n°3. Un électron est une particule à deux composants composée de deux monopôles : électrique et magnétique. Dans ce cas, un monopôle magnétique sphérique est situé au centre de l'électron.

Option numéro 4. Autres options.

Apparemment, une option peut être envisagée lorsque des champs électriques (-) et magnétiques (N) peuvent exister à l'intérieur d'un électron non seulement sous la forme de monopôles compacts, mais également sous la forme d'une substance homogène, c'est-à-dire former une substance pratiquement sans structure. ? cristalline? homogène? particule. Cependant, cela est hautement douteux.

4.6. Chacune des options proposées à l'examen présente ses propres avantages et inconvénients, par exemple :

a) Options n°1. Les électrons de cette conception permettent de former facilement des particules fractionnaires avec une masse et une charge multiples de 1/3, mais en même temps, ils rendent difficile l'explication du propre champ magnétique de l'électron.

b) Option n°2. Cet électron, lorsqu'il se déplace autour du noyau d'un atome, est constamment orienté vers le noyau avec son monopôle électrique et ne peut donc avoir que deux options de rotation autour de son axe - dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (exclusion de Pauli ?), etc.

4.7. Lors de l'examen des options indiquées (ou nouvellement proposées), il est impératif de prendre en compte les propriétés et caractéristiques réelles de l'électron, ainsi que de prendre en compte un certain nombre d'exigences obligatoires, par exemple :

— la présence d'un champ électrique (charge) ;

— présence d'un champ magnétique ;

— l'équivalence de certains paramètres, par exemple : la masse d'un électron est équivalente à sa charge et vice versa ;

— la capacité de former des particules fractionnées avec des multiples de masse et de charge de 1/3 ;

— la présence d'un ensemble de nombres quantiques, de spin, etc.

4.8. L'électron est apparu comme une particule à deux composants, dans laquelle une moitié (1/2) est un champ électrique densifié-moins (monopole électrique-moins) et la seconde moitié (1/2) est un champ magnétique densifié (monopole magnétique -N). Il convient toutefois de garder à l’esprit que :

- les champs électriques et magnétiques, dans certaines conditions, peuvent se générer (se transformer l'un en l'autre) ;

— un électron ne peut pas être une particule à un seul composant et être constitué à 100 % d'un champ négatif, puisqu'un champ négatif chargé se désintégrera en raison des forces répulsives. C’est pourquoi il doit y avoir un composant magnétique à l’intérieur de l’électron.

4.9. Malheureusement, effectuez analyse complète Il n'est pas possible d'analyser tous les avantages et inconvénients des options proposées et de choisir la seule option correcte pour la structure interne de l'électron dans ce travail.

Partie 5. « Propriétés ondulatoires de l’électron ».

5.1. « Fin 1924. le point de vue selon lequel le rayonnement électromagnétique se comporte en partie comme des ondes et en partie comme des particules est devenu généralement accepté... Et c'est à cette époque que le Français Louis de Broglie, alors étudiant diplômé, a une idée géniale : pourquoi n’en serait-il pas de même pour les substances ? Louis de Broglie a fait sur les particules le travail inverse de ce qu'Einstein a fait sur les ondes lumineuses. Einstein a associé les ondes électromagnétiques aux particules de lumière ; de Broglie reliait le mouvement des particules à la propagation des ondes, qu'il appelait vagues de matière. L'hypothèse de De Broglie reposait sur la similitude des équations décrivant le comportement des rayons lumineux et des particules de matière et était de nature purement théorique. Il fallait des faits expérimentaux pour le confirmer ou l’infirmer. » (c)

5.2. « En 1927, les physiciens américains K. Davisson et K. Germer ont découvert que lorsque les électrons sont « réfléchis » par la surface d'un cristal de nickel, des maxima apparaissent à certains angles de réflexion. Des données similaires (apparition de maxima) étaient déjà disponibles grâce à l'observation de la diffraction des ondes X sur les structures cristallines. Par conséquent, l’apparition de ces maxima dans les faisceaux d’électrons réfléchis ne pouvait être expliquée autrement que sur la base d’idées sur les ondes et leur diffraction. Ainsi, propriétés des vagues les particules - les électrons (et l'hypothèse de de Broglie) ont été prouvés par l'expérience." (c)

5.3. Cependant, la considération du processus d’émergence évoqué dans ce travail propriétés corpusculaires pour un photon (voir Fig. 5.) permet de tirer des conclusions assez claires :

a) à mesure que la longueur d'onde diminue de 10 -4 à 10 - 10 (C)(C)(C)(C)(C)cm les champs électriques et magnétiques du photon sont compactés

(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)(C)b) avec le compactage des champs électriques et magnétiques au niveau de la « ligne de démarcation », un mouvement rapide l'augmentation de la « densité » des champs commence et déjà dans le domaine des rayons X, la densité du champ est comparable à la densité d'une particule « ordinaire ».

c) par conséquent, un photon de rayons X, lorsqu'il interagit avec un obstacle, n'est plus réfléchi par l'obstacle sous forme d'onde, mais commence à rebondir sur celui-ci sous forme de particule.

5.4. C'est-à-dire:

a) déjà dans la gamme des rayons X mous, les champs électromagnétiques des photons sont devenus si denses qu'il est très difficile de détecter leurs propriétés ondulatoires. Citation : « Plus la longueur d’onde d’un photon est courte, plus il est difficile de détecter les propriétés d’une onde et plus les propriétés d’une particule sont prononcées. »

b) dans les gammes de rayons X durs et gamma, les photons se comportent comme des particules à 100 % et il est presque impossible d'y détecter les propriétés des ondes. Autrement dit : un photon à rayons X et gamma perd complètement les propriétés d'une onde et se transforme en particule à cent pour cent. Citation : « L'énergie des quanta dans les gammes des rayons X et gamma est si élevée que le rayonnement se comporte presque entièrement comme un flux de particules » (c).

c) donc, dans les expériences sur la diffusion d'un photon de rayons X depuis la surface d'un cristal, ce n'était plus une onde, mais une particule ordinaire qui rebondissait sur la surface du cristal et répétait la structure du réseau cristallin.

5.5. Avant les expériences de K. Davisson et K. Germer, il existait déjà des données expérimentales sur l'observation de la diffraction des ondes X sur des structures cristallines. Par conséquent, ayant obtenu des résultats similaires dans des expériences de diffusion d'électrons sur un cristal de nickel, ils ont automatiquement attribué des propriétés ondulatoires à l'électron. Cependant, un électron est une particule « solide » qui a une masse au repos, des dimensions, etc. réelles. Ce n’est pas la particule électronique qui se comporte comme une onde photonique, mais le photon X a (et présente) toutes les propriétés. d'une particule. Ce n’est pas l’électron qui est réfléchi par l’obstacle sous forme de photon, mais le photon X qui est réfléchi par l’obstacle sous forme de particule.

5.6. Par conséquent : l’électron (et les autres particules) n’avait, n’a pas et ne peut pas avoir de « propriétés ondulatoires ». Et il n’existe aucune condition préalable, et encore moins d’opportunités, pour changer cette situation.

Partie 6. Conclusions.

6.1. L'électron et le positron sont les premières particules fondamentales dont la présence détermine l'apparition des quarks, des protons, de l'hydrogène et de tous les autres éléments du tableau périodique.

6.2. Historiquement, une particule était appelée électron et recevait un signe moins (matière), et l'autre était appelée positron et recevait un signe plus (antimatière). «Ils ont convenu de considérer la charge électrique d'un électron négative conformément à un accord antérieur pour appeler la charge de l'ambre électrifié négative» (c).

6.3. Un électron ne peut apparaître (apparaître = naître) qu'en paire avec un positron (paire électron-positron). L’apparition dans la nature d’au moins un électron ou positon « non apparié » (simple) constitue une violation de la loi de conservation de la charge, de la neutralité électrique générale de la matière, et est techniquement impossible.

6.4. La formation d'une paire électron-positon dans le champ de Coulomb d'une particule chargée se produit après la division des quanta de photons élémentaires dans le sens longitudinal en deux parties constitutives : négative - à partir de laquelle une particule négative (électron) est formée et positive - à partir de laquelle une particule positive (positon) est formée. La division d'un photon électriquement neutre dans le sens longitudinal en deux parties absolument égales en masse, mais différentes en charges (et champs magnétiques) est une propriété naturelle du photon, résultant des lois de conservation des charges, etc. " L'électron de quantités même insignifiantes de "particules plus" et "à l'intérieur" du positron - la "particule moins" - est exclu. La présence de « particules » électriquement neutres (rebuts, morceaux, fragments, etc.) du photon mère à l’intérieur de l’électron et du proton est également exclue.

6.5. Pour des raisons inconnues, absolument tous les électrons et positrons naissent sous forme de particules standard « maximum-minimum » (c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas être plus gros ni être plus petits en termes de masse, de charge, de dimensions et d'autres caractéristiques). La formation de particules positives (positrons) et de particules négatives (électrons) plus petites ou plus grandes à partir de photons électromagnétiques est exclue.

6.6. La structure interne d'un électron est uniquement prédéterminée par la séquence de son apparition : l'électron est formé comme une particule à deux composants, qui est à 50 % un champ électrique densifié-moins (monopole électrique-moins) et à 50 % un champ magnétique densifié. champ (monopole magnétique-N). Ces deux monopôles peuvent être considérés comme des particules chargées différemment, entre lesquelles naissent des forces d'attraction mutuelle (adhésion).

6.7. Les monopôles magnétiques existent, mais pas sous forme libre, mais uniquement en tant que composants d'un électron et d'un positron. Dans ce cas, le monopôle magnétique (N) fait partie intégrante de l'électron, et le monopôle magnétique (S) fait partie intégrante du positron. La présence d’un composant magnétique « à l’intérieur » de l’électron est obligatoire, puisque seul un monopôle magnétique-(N) peut former une liaison très forte (et sans précédent en termes de force) avec un monopôle électrique-moins chargé une seule fois.

6.8. Les électrons et les positrons ont la plus grande stabilité et sont des particules dont la désintégration est théoriquement et pratiquement impossible. Ils sont indivisibles (en termes de charge et de masse), c'est-à-dire que la division spontanée (ou forcée) d'un électron ou d'un positon en plusieurs parties calibrées ou « de tailles différentes » est exclue.

6.9. Un électron est éternel et il ne peut pas « disparaître » jusqu’à ce qu’il rencontre une autre particule qui a des charges électriques et magnétiques égales en ampleur mais de signe opposé (positon).

6.10. Depuis ondes électromagnétiques Si seulement deux particules standards (calibrées) peuvent apparaître : un électron et un positron, alors sur leur base, seuls des quarks, des protons et des neutrons standards peuvent apparaître. Par conséquent, toute la matière visible (baryonique) de la nôtre et de tous les autres univers est constituée de matières identiques. éléments chimiques(tableau de Mendeleïev) et partout les mêmes constantes physiques et lois fondamentales, similaires à « nos » lois, s’appliquent. Apparaissant n'importe où espace infini Les « autres » particules élémentaires et les « autres » éléments chimiques sont exclus.

6.11. Toute la matière visible de notre Univers a été formée à partir de photons (probablement issus de la gamme des micro-ondes) selon le seul schéma possible : photon → paire électron-positon → particules fractionnaires → quarks, gluon → proton (hydrogène). Par conséquent, toute la matière « solide » de notre Univers (y compris Homo sapiens) est constituée de champs électriques et magnétiques condensés de photons. Il n’y avait pas d’autre « matière » pour sa formation dans le Cosmos, il n’y en a pas et il ne peut pas y en avoir.

P.S. L'électron est-il inépuisable ?

Propriétés

La charge électronique est indivisible et égale à −1,602176565(35)·10−19 C (ou −4,80320427(13)·10−10 unités de charge SGSE dans le système SGSE ou −1,602176565(35)·10−20 unités. SGSM dans le système SGSM) ; il a d'abord été mesuré directement dans des expériences ( Anglais) A.F. Ioffe (1911) et R. Millikan (1912). Cette quantité sert d'unité de mesure pour la charge électrique d'autres particules élémentaires (contrairement à la charge d'un électron, la charge élémentaire est généralement prise avec un signe positif). La masse de l'électron est de 9,10938291(40)·10−31 kg.

Kg est la masse de l'électron.

Cl - charge électronique.

C/kg est la charge spécifique d'un électron.

Spin des électrons en unités

Selon les concepts modernes de la physique des particules élémentaires, l'électron est indivisible et sans structure (au moins jusqu'à des distances de 10 à 17 cm). L'électron participe aux interactions faibles, électromagnétiques et gravitationnelles. Il appartient au groupe des leptons et est (avec son antiparticule, le positron) le plus léger des leptons chargés. Avant la découverte de la masse des neutrinos, l'électron était considéré comme la plus légère des particules massives - sa masse est environ 1836 fois inférieure à celle du proton. Le spin de l'électron est de 1/2, et donc l'électron est un fermion. Comme toute particule chargée de spin, l’électron a moment magnétique, et le moment magnétique est divisé en une partie normale et un moment magnétique anormal. Parfois, les électrons eux-mêmes et les positrons sont considérés comme des électrons (par exemple, en les considérant comme un champ général électron-positon, une solution de l'équation de Dirac). Dans ce cas, l’électron chargé négativement est appelé négatron et l’électron chargé positivement est appelé positon. [ source non précisée 120 jours]

Étant dans le potentiel périodique du cristal, l'électron est considéré comme une quasi-particule dont la masse effective peut différer sensiblement de la masse de l'électron.

Un électron libre ne peut pas absorber un photon, bien qu'il puisse le diffuser (voir effet Compton).

Étymologie et histoire de la découverte

Le nom « électron » vient du mot grec ἤλεκτρον, qui signifie « ambre » : en la Grèce ancienne Les naturalistes ont mené des expériences - ils ont frotté des morceaux d'ambre avec de la laine, après quoi ils ont commencé à attirer de petits objets vers eux. Le terme « électron » comme nom de l'unité de charge fondamentale indivisible en électrochimie a été proposé par J. J. Stoney ( Anglais) en 1894 (l'unité elle-même a été introduite par lui en 1874). La découverte de l'électron en tant que particule appartient à E. Wichert et J. J. Thomson, qui ont établi en 1897 que le rapport charge/masse des rayons cathodiques ne dépend pas du matériau source. (voir Découverte de l'électron)

Découverte des propriétés des vagues. Selon l'hypothèse de de Broglie (1924), l'électron (comme tous les autres microobjets matériels) possède non seulement des propriétés corpusculaires, mais aussi ondulatoires. La longueur d'onde de De Broglie d'un électron non relativiste est égale à , où est la vitesse de l'électron. En conséquence, les électrons, comme la lumière, peuvent subir des interférences et des diffractions. Les propriétés ondulatoires des électrons ont été découvertes expérimentalement en 1927 par les physiciens américains K. Davisson et L. Germer (expérience Davisson-Jermer) et indépendamment par le physicien anglais J. P. Thomson.

Usage

La plupart des sources d'électrons de basse énergie utilisent les phénomènes d'émission thermoionique et d'émission photoélectronique. Des électrons de haute énergie, avec des énergies allant de plusieurs keV à plusieurs MeV, sont émis lors des processus de désintégration bêta et de conversion interne des noyaux radioactifs. Les électrons émis lors de la désintégration bêta sont parfois appelés particules bêta ou rayons bêta. Les accélérateurs servent de sources d’électrons de plus haute énergie.

Le mouvement des électrons dans les métaux et les semi-conducteurs permet de transférer et de contrôler facilement l’énergie ; c'est l'un des fondements de la civilisation moderne et il est utilisé presque partout dans l'industrie, les communications, l'informatique, l'électronique et dans la vie quotidienne. La vitesse de dérive des électrons dans les conducteurs est très faible (~0,1-1 mm/s), mais le champ électrique se propage à la vitesse de la lumière. À cet égard, le courant dans tout le circuit s'établit presque instantanément.

Les faisceaux d'électrons, accélérés à des énergies élevées, par exemple dans des accélérateurs linéaires, sont l'un des principaux moyens d'étudier la structure des noyaux atomiques et la nature des particules élémentaires. Une application plus prosaïque des rayons électroniques sont les téléviseurs et les moniteurs équipés de tubes cathodiques (kinéscopes). Un microscope électronique exploite également la capacité des faisceaux d'électrons à obéir aux lois de l'optique électronique. Avant l'invention des transistors, presque toute l'ingénierie radio et l'électronique étaient basées sur des tubes à vide, qui utilisaient le contrôle du mouvement des électrons dans le vide par des champs électriques (parfois magnétiques). Les appareils à électrovide (EVD) continuent d’être utilisés dans une mesure limitée à notre époque ; les applications les plus courantes sont les magnétrons dans les générateurs four à micro-ondes et les tubes cathodiques (CRT) susmentionnés dans les téléviseurs et les moniteurs.

L'électron comme quasiparticule

Si un électron est dans un potentiel périodique, son mouvement est considéré comme le mouvement d’une quasi-particule. Ses états sont décrits par un vecteur quasi-onde. La principale caractéristique dynamique dans le cas d'une loi de dispersion quadratique est la masse effective, qui peut différer significativement de la masse d'un électron libre et en cas général est un tenseur.

L'électron et l'univers

On sait que sur 100 nucléons de l’Univers, 87 sont des protons et 13 sont des neutrons (ces derniers se trouvent principalement dans les noyaux d’hélium). Pour assurer la neutralité globale d'une substance, le nombre de protons et d'électrons doit être égal. La densité de masse des baryons (observée par des méthodes optiques), qui est principalement constituée de nucléons, est bien connue (un nucléon pour 0,4 mètre cube). En prenant en compte le rayon de l'Univers observable (13,7 milliards d'années-lumière), on peut calculer que le nombre d'électrons dans ce volume est d'environ 10 80, ce qui est comparable aux grands nombres de Dirac.

voir également

• Théorie de l'univers à un électron
• Électricité
• Électronique
• Tube photomultiplicateur
• Lampe électrique

Un électron est une particule élémentaire chargée négativement appartenant à la classe des leptons (voir Particules élémentaires), porteuse de la plus petite masse actuellement connue et de la plus petite charge électrique dans la nature. Découvert en 1897 par le scientifique anglais J. J. Thomson.

Électron - composant atome, le nombre d’électrons dans un atome neutre est égal au numéro atomique, c’est-à-dire au nombre de protons dans le noyau.

Les premières mesures précises de la charge électrique d'un électron ont été réalisées en 1909-1913. Scientifique américain R. Milliken. La valeur moderne de la valeur absolue de la charge élémentaire est e = (4,803242 ± 0,000014) 10 -10 unités SGSE ou environ 1,6 10 -19 C. On pense que cette charge est véritablement « élémentaire », c'est-à-dire qu'elle ne peut pas être divisée en parties, et les charges de tout objet en sont des multiples entiers. Vous avez peut-être entendu parler des quarks dotés de charges électriques e/3 et 2e/3, mais apparemment, ils sont étroitement enfermés dans des hadrons et n'existent pas à l'état libre. Avec la constante de Planck ħ et la vitesse de la lumière c, la charge élémentaire forme une constante sans dimension α = e 2 /ħc ≈ 1/137. La constante de structure fine α est l'un des paramètres les plus importants de l'électrodynamique quantique ; elle détermine l'intensité des interactions électromagnétiques (la constante la plus précise sens moderneα-1 = 137,035963 ± 0,000015).

Masse électronique m e = (9,109534 ± 0,000047) 10 -28 g (en unités d'énergie ≈0,5 MeV/s 2). Si les lois de conservation de l'énergie et de la charge électrique sont valides, alors toute désintégration de l'électron, telle que e - → ν e + γ, etc., est interdite. Par conséquent, l'électron est stable ; Il a été constaté expérimentalement que sa durée de vie est d'au moins 10 à 22 ans.

En 1925, les physiciens américains S. Goudsmit et J. Uhlenbeck ont ​​introduit le moment cinétique interne d'un électron - spin(s) - pour expliquer les caractéristiques des spectres atomiques. Le spin de l'électron est égal à la moitié de la constante de Planck (ħ = 1,055 · 10 -34 J/s), mais les physiciens disent généralement simplement que le spin de l'électron est de 1/2 : s = 1/2. Son propre moment magnétique M = g e s(eħ/2m e c) est associé au spin d'un électron. La valeur eħ/2m e c = 9,274 10 -21 erg/G est appelée magnéton de Bohr MB (il s'agit d'une unité de mesure du moment magnétique acceptée en physique atomique et nucléaire ; ici ħ - constante de Planck, e et m - valeur absolue charge et masse de l'électron, c - vitesse de la lumière) ; le coefficient numérique g e est le facteur g de l'électron. De l'équation relativiste de la mécanique quantique de Dirac (1928) découle la valeur g e = 2, c'est-à-dire que le moment magnétique de l'électron aurait dû être égal exactement à un magnéton de Bohr.

Cependant, en 1947, des expériences ont montré que le moment magnétique est environ 0,1 % supérieur à celui du magnéton de Bohr. Une explication de ce fait a été donnée en tenant compte de la polarisation du vide en électrodynamique quantique. Des calculs très laborieux ont donné une valeur théorique g e = 2 (1,001159652460 ± 0,000000000148), qui peut être comparée aux données expérimentales modernes (1981) :

pour l'électron g e = 2 (1,001159652200 ± 0,000000000040) et le positon g e = 2 (1,001159652222 ± 0,000000000050). Les valeurs sont calculées et mesurées avec une précision de douze décimales et la précision des travaux expérimentaux est supérieure à la précision des calculs théoriques. Ce sont les mesures les plus précises de la physique des particules.

Les particularités du mouvement des électrons dans les atomes, qui obéit aux équations de la mécanique quantique, déterminent les propriétés optiques, électriques, magnétiques, chimiques et mécaniques des substances.

Les électrons participent aux interactions électromagnétiques, faibles et gravitationnelles (voir Unité des forces de la nature). Oui, à cause de processus électromagnétique l'annihilation d'un électron et d'un positon se produit avec la formation de deux quanta γ : e + + e - → γ + γ. Les électrons et positons de haute énergie peuvent également participer à d'autres processus d'annihilation électromagnétique avec formation de hadrons : e + + e - hadrons. Aujourd'hui, de telles réactions sont étudiées de manière intensive dans de nombreux accélérateurs utilisant des faisceaux e + e - - en collision (voir Accélérateurs de particules chargées).

Les interactions faibles des électrons se manifestent, par exemple, dans des processus avec violation de la parité (voir Parité) dans les spectres atomiques ou dans des réactions entre électrons et neutrinos ν μ μ + e - → ν μ μ + e - .

Il n'existe aucune donnée sur la structure interne de l'électron. Théories modernes viennent de l’idée des leptons comme particules ponctuelles. Actuellement, cela a été vérifié expérimentalement jusqu'à des distances de 10 à 16 cm. De nouvelles données ne peuvent apparaître qu'avec une augmentation de l'énergie de collision des particules dans les futurs accélérateurs.

Un électron est une particule élémentaire qui possède une charge électrique négative. Il est égal à -1. L'électron fait partie de tous les atomes, et donc de toute substance. Un électron est la particule chargée électriquement la plus légère. Les électrons sont généralement notés « e− ».

Ce qu'il est important de savoir sur les électrons

Dans un métal, certains électrons peuvent se déplacer librement car ils ne sont pas liés aux atomes, ce qui fait des métaux de bons conducteurs d’électricité. En raison de sa petite masse, l'électron est la particule la plus impliquée dans le développement de la théorie de la relativité partielle, de la mécanique quantique, de la relativisme. théorie des quanta des champs.

Il est généralement admis qu'à notre époque, les équations qui décrivent le comportement des électrons dans toutes les conditions physiques sont parfaitement connues. Tous les électrons obéissent aux statistiques de Dirac-Fermi. Ceci est exprimé dans le principe de Pauli selon lequel deux électrons ne peuvent pas exister dans le même état quantique.

Une implication de ce principe est que les états des électrons de valence (les électrons liés les plus faibles), qui déterminent les propriétés chimiques des atomes, dépendent du nombre de charge (numéro atomique), qui est égal au nombre d'électrons dans l'atome.

Une autre conséquence est que les « nuages ​​» d’électrons qui enveloppent les noyaux des atomes ont une certaine résistance à les chevaucher. En conséquence, la substance a tendance à occuper un certain espace. Vous savez maintenant ce qu’est un électron, mais quelles sont ses caractéristiques ?

Caractéristiques des électrons

Comme il sied à toutes les particules élémentaires, le nombre de caractéristiques fondamentales de l'électron est faible :

1. Masse (moi, mesurée en MeV ou en grammes) ;
2. Charge (?e, mesurée en C) ;
3. Spin (1/2ћ, mesuré en J s, où ћ est la constante de Planck h divisée par 2).

Toutes les autres caractéristiques des électrons sont exprimées à travers ces caractéristiques, par exemple le moment magnétique, mesuré en J/T.

Structure électronique

La structure d’un électron est similaire à celle d’un atome. Un électron est constitué d'une coque chargée négativement et d'un noyau chargé positivement (la masse de cette particule).

Le noyau électronique est constitué d'antineutrinos électroniques (charge nucléaire positive). La couche électronique est constituée de photons.

DANS couche électronique nombre de photons plus de numéro antineutrino dans le noyau. Puisque l’électron a un excès de charge négative, il est chargé négativement. Les neutrinos sont également particule composée, qui représente les états liés du photon et du graviton.

Vous savez maintenant tout sur ce qu’est un électron !

Électron (particule élémentaire)

Cet article a été écrit par Vladimir Gorunovich pour le site Wikiknowledge, sous le titre « Electron in Field Theory », placé sur ce site afin de protéger les informations des vandales, puis complété sur ce site.

La théorie des champs des particules élémentaires, opérant dans le cadre de la SCIENCE, repose sur un fondement prouvé par la PHYSIQUE :

• Électrodynamique classique,
• Mécanique quantique
• Les lois de conservation sont des lois fondamentales de la physique.

C'est la différence fondamentale approche scientifique, utilisé par la théorie des champs des particules élémentaires - une vraie théorie doit fonctionner strictement dans le cadre des lois de la nature : c’est la SCIENCE.

Utiliser des particules élémentaires qui n'existent pas dans la nature, inventer celles qui n'existent pas dans la nature interactions fondamentales, ou remplacer les interactions existant dans la nature par des interactions fabuleuses, ignorer les lois de la nature, se livrer à des manipulations mathématiques sur celles-ci (créant l'apparence de la science) - c'est le lot des CONTES DE FÉES présentés comme de la science. En conséquence, la physique a glissé dans le monde des contes de fées mathématiques.

1 rayon électronique
2 Champ électrique d'un électron
3 Moment magnétique électronique
4 Masse de repos des électrons
5 Physique du 21ème siècle : Électron (particule élémentaire) - résumé

Électron(Electron anglais) - la particule élémentaire la plus légère avec charge électrique. Nombre quantique L=1/2 (spin = 1/2) - groupe de leptons, sous-groupe d'électrons, charge électrique -e (systématisation selon la théorie des champs des particules élémentaires). La stabilité de l’électron est due à la présence d’une charge électrique, en l’absence de laquelle l’électron se désintégrerait de la même manière qu’un neutrino muonique.

Selon la théorie des champs des particules élémentaires, un électron est constitué d'une variable polarisée en rotation Champ électromagnétique avec une composante constante.

Structure du champ électromagnétique d'un électron(E-champ électrique constant, H-champ magnétique constant, jaune champ électromagnétique alternatif marqué)

Bilan énergétique (pourcentage de l’énergie interne totale) :

• champ électrique constant (E) - 0,75%,
• champ magnétique constant (H) - 1,8%,
• champ électromagnétique alternatif - 97,45%.

Ceci explique les propriétés ondulatoires prononcées de l'électron et sa réticence à participer aux interactions nucléaires. La structure de l'électron est représentée sur la figure.

1 rayon électronique

Rayon électronique (la distance entre le centre de la particule et l'endroit où la densité de masse maximale est atteinte) déterminé par la formule :

égal à 1,98 ∙10 -11 cm.

Occupé par un électron, déterminé par la formule :

égal à 3,96 ∙ 10 -11 cm Le rayon de la région annulaire occupée par le champ électromagnétique alternatif de l'électron a été ajouté à la valeur de r 0~. Il faut rappeler qu'une partie de la valeur de la masse au repos concentrée dans les champs constants (électriques et magnétiques) de l'électron se situe en dehors de cette région, conformément aux lois de l'électrodynamique.

L'électron est plus gros que n'importe quel noyau atomique et ne peut donc pas être présent dans noyaux atomiques, mais naît lors du processus de désintégration d'un neutron, tout comme un positon naît lors du processus de désintégration dans le noyau d'un proton.

Les affirmations selon lesquelles le rayon des électrons est d'environ 10 à 16 cm ne sont pas prouvées et contredisent l'électrodynamique classique. Avec de telles dimensions linéaires, l’électron doit être plus lourd que le proton.

2 Champ électrique d'un électron

Le champ électrique d'un électron se compose de deux régions : zone extérieure avec une charge négative et une région intérieure avec une charge positive. La taille de la région interne est déterminée par le rayon de l'électron. La différence entre les charges des régions externe et interne détermine la charge électrique totale de l'électron -e. Sa quantification repose sur la géométrie et la structure des particules élémentaires.

le champ électrique d'un électron au point (A) dans la zone lointaine (r > > r e) exactement, dans le système SI est égal à :

Le champ électrique d'un électron dans la zone lointaine (r > > r e) est exactement égal dans le système SI :

Où n= r/|r| - vecteur unitaire du centre de l'électron en direction du point d'observation (A), r - distance du centre de l'électron au point d'observation, e - charge électrique élémentaire, les vecteurs sont mis en évidence en gras, ε 0 - électrique constante, r e = Lħ/(m 0~ c ) est le rayon de l'électron en théorie des champs, L est le nombre quantique principal de l'électron en théorie des champs, ħ est la constante de Planck, m 0~ est la quantité de masse enfermée dans un champ électromagnétique alternatif d'un électron au repos, c est la vitesse de la lumière. (Il n'y a pas de multiplicateur dans le système GHS.)

Ces expressions mathématiques sont correctes pour la zone lointaine du champ électrique de l'électron : (r>>r e), et les affirmations infondées selon lesquelles « le champ électrique de l'électron reste coulombien jusqu'à des distances de 10 -16 cm » n'ont rien à voir avec la réalité - c'est l'un des contes de fées qui contredit l'électrodynamique classique.

Selon la théorie des champs des particules élémentaires, un champ électrique constant de particules élémentaires de nombre quantique L>0, à la fois chargées et neutres, est créé par une composante constante du champ électromagnétique de la particule élémentaire correspondante. Et le champ de charge électrique résulte de la présence d'une asymétrie entre les hémisphères externe et interne, générant des champs électriques de signes opposés. Pour les particules élémentaires chargées, un champ de charge électrique élémentaire est généré dans la zone lointaine, et le signe de la charge électrique est déterminé par le signe du champ électrique généré par l'hémisphère externe. Dans la zone proche, ce champ a un structure complexe et est dipôle, mais moment dipolaire il ne possède pas. Pour une description approximative de ce champ en tant que système de charges ponctuelles, il faudra au moins 6 « quarks » à l'intérieur de l'électron - il est préférable de prendre 8 « quarks ». Force est de constater que cela dépasse le modèle standard.

Un électron, comme toute autre particule élémentaire chargée, peut avoir deux charges électriques et, par conséquent, deux rayons électriques :

• rayon électrique du champ électrique constant externe (charge -1,25e) - r q- = 3,66 10 -11 cm.
• rayon électrique du champ électrique constant interne (charge +0,25e) - r q+ = 3 10 -12 cm.

Ces caractéristiques du champ électrique de l'électron correspondent à la distribution de la théorie du 1er champ des particules élémentaires. La physique n'a pas encore établi expérimentalement l'exactitude de cette distribution, ni quelle distribution correspond le plus précisément à la structure réelle du champ électrique constant d'un électron dans la zone proche.

Le rayon électrique indique l'emplacement moyen d'une charge électrique uniformément répartie sur la circonférence, créant un champ électrique similaire. Les deux charges électriques se trouvent dans le même plan (le plan de rotation du champ électromagnétique alternatif de la particule élémentaire) et ont un centre commun qui coïncide avec le centre de rotation du champ électromagnétique alternatif de la particule élémentaire.

Intensité du champ électrique E d'un électron dans la zone proche(r ~ r e), dans le système SI, en somme vectorielle, est approximativement égal à :

Où n-=r-/r - vecteur unitaire du point de charge proche (1) ou éloigné (2) q - électron en direction du point d'observation (A), m+=r +/r - vecteur unitaire du point de charge proche (1) ou lointain (2) q + électron en direction du point d'observation (A), r - distance du centre de l'électron à la projection du point d'observation sur le plan électronique, q - - charge électrique externe -1,25 e, q + - charge électrique interne +0,25e, les vecteurs sont mis en évidence en gras, ε 0 - constante électrique, z - hauteur du point d'observation (A) (distance du point d'observation au plan électronique), r 0 - paramètre de normalisation. (Il n'y a pas de multiplicateur dans le système GHS.)

Donné expression mathématique est une somme de vecteurs et doit être calculée selon les règles de l'addition vectorielle, puisqu'il s'agit d'un champ de deux charges électriques distribuées (q - =-1,25e et q + =+0,25e). Les premier et troisième termes correspondent aux points proches des charges, les deuxième et quatrième - aux points éloignés. Cette expression mathématique ne fonctionne pas dans la région interne (anneau) de l'électron, générant ses champs constants (si deux conditions sont simultanément remplies : r

Potentiel de champ électrique d'un électron au point (A) dans la zone proche(r ~ r e), dans le système SI est approximativement égal à :

où r 0 est un paramètre de normalisation dont la valeur peut différer de celle de la formule E. (Il n'y a aucun facteur dans le système SGS.) Cette expression mathématique ne fonctionne pas dans la région interne (anneau) de l'électron, générant son champs constants (si deux conditions sont simultanément remplies : r

L'étalonnage de r 0 pour les deux expressions en champ proche doit être effectué à la limite de la région générant des champs électroniques constants.

3 Moment magnétique électronique

Contrairement à la théorie quantique, la théorie des champs des particules élémentaires affirme que les champs magnétiques des particules élémentaires ne sont pas créés par la rotation de spin de charges électriques, mais existent simultanément avec un champ électrique constant en tant que composante constante du champ électromagnétique. Par conséquent, toutes les particules élémentaires de nombre quantique L>0 ont des champs magnétiques.

Puisque les valeurs du nombre quantique principal L et du spin des leptons coïncident, les valeurs des moments magnétiques des leptons chargés dans les deux théories peuvent également coïncider.

La théorie des champs des particules élémentaires ne considère pas le moment magnétique d'un électron comme anormal - sa valeur est déterminée par un ensemble de nombres quantiques dans la mesure où mécanique quantique fonctionne dans une particule élémentaire.

Ainsi, le moment magnétique principal de l'électron est créé par le courant :

• (-) avec moment magnétique -0,5 eħ/m 0e c

Pour obtenir le moment magnétique résultant de l'électron, il est nécessaire de multiplier par le pourcentage de l'énergie du champ électromagnétique alternatif, divisé par 100 pour cent, et d'ajouter la composante de spin (voir Théorie des champs de la source de particules élémentaires), le résultat est 0,5005786 eħ/m 0e s. Afin de le convertir en magnétons Bohr ordinaires, le nombre obtenu doit être multiplié par deux.

4 Masse de repos des électrons

Conformément à l’électrodynamique classique et à la formule d’Einstein, la masse au repos des particules élémentaires de nombre quantique L>0, y compris l’électron, est définie comme l’équivalent de l’énergie de leurs champs électromagnétiques :

où l'intégrale définie couvre l'ensemble du champ électromagnétique d'une particule élémentaire, E est l'intensité du champ électrique, H est l'intensité du champ magnétique. Toutes les composantes du champ électromagnétique sont ici prises en compte : champ électrique constant, champ magnétique constant, champ électromagnétique alternatif.

Comme il ressort de la formule ci-dessus, la valeur de la masse au repos d'un électron dépend des conditions dans lesquelles se trouve l'électron. Ainsi, en plaçant un électron dans un champ électrique externe constant, on affectera E 2, ce qui affectera la masse de la particule. Une situation similaire se produit lorsqu’un électron est placé dans un champ magnétique constant.

5 Physique du 21ème siècle : Électron (particule élémentaire) - résumé

ouvert devant toi nouveau monde- le monde des champs dipolaires, dont la physique du XXe siècle ne soupçonnait même pas l'existence. Vous avez vu qu’un électron possède non pas une, mais deux charges électriques (externe et interne) et deux rayons électriques correspondants. Vous avez vu que les dimensions linéaires d’un électron dépassent largement les dimensions linéaires d’un proton. Vous avez vu ce qui constitue la masse au repos d'un électron et que le boson de Higgs imaginaire était hors service (les décisions du comité Nobel ne sont pas encore des lois de la nature...). De plus, l’ampleur de la masse dépend des champs dans lesquels se trouve l’électron. Tout cela va au-delà des concepts qui dominaient la physique dans la seconde moitié du XXe siècle. - Physique du 21ème siècle - Nouvelle physique passe à un nouveau niveau de connaissance de la matière.

Vladimir Gorunovitch

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ÉLECTRON, a, m. (spécial). Une particule élémentaire avec la charge électrique la moins négative. Dictionnaire explicatif d'Ojegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992… Dictionnaire explicatif d'Ojegov

Livres

• Électron. Énergie de l'espace, Landau Lev Davidovich, Kitaigorodsky Alexander Isaakovich. Livres du lauréat prix Nobel Lev Landau et Alexander Kitaigorodsky - des textes qui renversent l'idée philistine du monde qui nous entoure. La plupart d'entre nous sont constamment confrontés à...
• Electron Space Energy, Landau L., Kitaigorodsky A.. Les livres du prix Nobel Lev Landau et Alexander Kitaigorodsky sont des textes qui renversent l'idée philistine du monde qui nous entoure. La plupart d'entre nous, constamment confrontés à...