Wat is 'n elektron? Die massa en beheer van 'n elektron

Electron - 'n fundamentele deeltjies, een van diegene wat die strukturele eenhede van materie is. Volgens die klassifikasie is 'n fermion (deeltjie met half-integrale spin, vernoem na fisikus Enrico Fermi) en leptone (deeltjies met half-heelgetal spin, nie deel te neem aan die sterk interaksie, een van die vier groot in fisika). Baryon aantal van die elektron is nul, sowel as ander leptone.

Tot onlangs is geglo dat die elektron - 'n eenvoudige, dit is ondeelbaar, wat geen struktuur van 'n deeltjie het, maar wetenskaplikes het 'n ander mening vandag. Wat is die elektron op aanbieding van die moderne fisika?

Geskiedenis van die naam

Selfs in antieke Griekeland natuur opgemerk dat amber, pre-gevryf met pels, lok klein voorwerpe, dit wil sê vertoon elektromagnetiese eienskappe. Die naam van die elektron ontvang van die Griekse ἤλεκτρον, wat "amber" beteken. Die term voorgestel George. Stoney in 1894, hoewel die deeltjie in 1897 ontdek is deur J .. Thompson. Dit was moeilik om te vind die oorsaak van hierdie is die klein massa en beheer van die elektron is tot 'n beslissende ervaring vind. Die eerste foto's van die deeltjies was Charles Wilson met 'n spesiale kamera wat gebruik word selfs in die moderne eksperimente en is na hom vernoem.

'N Interessante feit is dat een van die voorwaardes vir die opening van 'n elektron is 'n gesegde van Benjamin Franklin. In 1749 ontwikkel hy die hipotese dat elektrisiteit - 'n wesenlike bestanddeel. Dit is in sy werke die eerste keer gebruik terme soos positiewe en negatiewe ladings, kapasitor ontslag, battery en elektriese deeltjies. Die spesifieke aanklag van die elektron word beskou as negatief te wees, en die proton - positief is.

Die ontdekking van die elektron

In 1846, die konsep van 'n "atoom van elektrisiteit" is gebruik in sy werke, die Duitse fisikus Wilhelm Weber. Maykl Faradey ontdek die term "ioon", wat is nou miskien weet almal nog op skool. Die vraag van elektrisiteit aard betrokke baie vooraanstaande geleerdes soos die Duitse fisikus en wiskundige Julius Plücker, Zhan Perren, die Engelse fisikus Uilyam Kruks, Ernest Rutherford en ander.

Dus, voordat Dzhozef Tompson suksesvol sy beroemde eksperiment voltooi en bewys die bestaan van 'n deeltjie kleiner as 'n atoom, in die veld werk van baie wetenskaplikes en die ontdekking sou onmoontlik wees, hulle het nie hierdie kolossale werk gedoen.

In 1906, Dzhozef Tompson ontvang die Nobelprys. Ervaring was soos volg: deur die parallelle metaalplate van die elektriese veld, is katodestraal balke geslaag. Dan sal hulle op dieselfde manier gedoen het, maar in 'n spoel stelsel om 'n magnetiese veld te skep. Thompson het bevind dat wanneer 'n elektriese veld gedeflekteer balke, en dieselfde waargeneem met magnetiese aksie egter balke katodestraal trajek nie verander as hulle albei opgetree van hierdie velde in sekere verhoudings, wat afhanklik is van die deeltjie snelheid.

Na berekeninge Thompson het geleer dat die snelheid van hierdie deeltjies is aansienlik laer as die snelheid van lig, en dit beteken dat hulle massa. Van hierdie punt van fisika het gekom om te glo dat die oop deeltjie saak ingesluit in die atome wat daarna deur bevestig Rutherford. Hy noem dit " 'n planeet model van die atoom."

Paradokse van die kwantum wêreld

Die vraag van wat 'n elektron ingewikkeld genoeg, ten minste op hierdie stadium van die ontwikkeling van die wetenskap. Voor oorweging van dit, wat jy nodig het om ons te kontak een van die paradokse van kwantumfisika wat selfs die wetenskaplikes nie kan verduidelik. Dit is die bekende twee-eksperiment, verduidelik die dubbele aard van die elektron.

Die essensie is dat voor die "gun", die afvuur van deeltjies, stel raam met vertikale vierkantige opening. Agter haar is 'n muur, waarop sal in ag geneem word die spore van die treffers. So, moet jy eers verstaan hoe saak optree. Die maklikste manier om te sien hoe om die masjien tennisballe begin. Deel van krale val in die gat, en die spore van die muur resultate in bygevoeg in 'n enkele vertikale band. As 'n sekere afstand te voeg 'n ander dieselfde gat spore vorm, onderskeidelik, twee bands.

Die golwe ook anders optree in so 'n situasie. As die muur spore van 'n botsing met 'n golf sal wys, in die geval van 'n opening orkes sal ook een wees. Tog is dinge verander in die geval van die twee splete. Golf wat deur die gate, verdeel in die helfte. As die top van een golf aan die onderkant van 'n ander, hulle mekaar kanselleer, en die interferensiepatroon (veelvuldige vertikale strepe) sal op die muur verskyn. Plaas by die kruising van die golwe sal 'n merk te laat, en die plekke waar daar wedersydse blus, no.

wonderlike ontdekking

Met die hulp van die bostaande eksperiment, kan wetenskaplikes toon duidelik aan die wêreld die verskil tussen kwantum en klassieke fisika. Wanneer hulle begin skiet elektrone muur, kom gewoonlik in 'n vertikale strepie dit: sommige deeltjies net soos 'n tennisbal het in die gaping en sommige nie. Maar dat almal verander word, wanneer daar 'n tweede gat. Op die muur aan die lig gebring die interferensiepatroon! Eerste fisika besluit dat elektrone in te meng met mekaar en besluit om hulle te laat een vir een. Maar na 'n paar uur (spoed van die beweging van elektrone is steeds heelwat laer as die spoed van lig) weer begin om 'n interferensiepatroon wys.

onverwagse wending

Elektroniese, saam met sekere ander deeltjies soos fotone, toon 'n golf-deeltjie-dualiteit (gebruik ook die term "kwantum-golf dualisme"). Soos kat Schrödinger dat beide lewend en dood, kan die elektron staat beide korpuskulêre en golf wees.

Tog het die volgende stap in hierdie eksperiment selfs meer geheime gegenereer: 'n fundamentele deeltjies, wat skynbaar alles weet, wat 'n ongelooflike verrassing. Fisici besluit om te installeer in gate omvangsbepaling toestel te sluit, waardeur spleet die deeltjie is, en hoe hulle manifesteer as golwe. Maar sodra dit monitering meganisme is op die muur was daar slegs twee bands wat ooreenstem met twee gate, en geen inmenging patroon! Sodra die "oorskadu" skoongemaak, deeltjie weer begin om die golfeienskappe wys asof sy geweet dat sy was reeds niemand kyk.

Nog 'n teorie

Fisikus Born voorgestel dat die deeltjie nie verander in 'n golf letterlik. Elektron "bevat" 'n golf van waarskynlikheid, dat dit 'n interferensiepatroon. Hierdie deeltjies het die eiendom van superposisie, wat beteken dat hulle kan op enige plek op 'n sekere waarskynlikheid wees, en daarom kan hulle vergesel word deur so 'n "golf".

Tog het die gevolg is voor die hand liggend: die blote teenwoordigheid van die waarnemer invloed op die uitkoms van die eksperiment. Dit lyk ongelooflik, maar dit is nie die enigste voorbeeld van sy soort. Fisika eksperimente is uitgevoer op 'n groot deel van die moeder uitgevoer, nadat die voorwerp van die segment was die dunste foelie. Wetenskaplikes het opgemerk dat die blote feit van sommige metings beïnvloed die temperatuur van die voorwerp. Die aard van hierdie verskynsels hulle verduidelik is nog nie in werking tree.

struktuur

Maar wat maak die elektron? Op hierdie punt, kan die moderne wetenskap hierdie vraag beantwoord nie. Tot onlangs was beskou as ondeelbare fundamentele deeltjies, maar nou wetenskaplikes is geneig om te glo dat dit is saamgestel uit nog kleiner strukture.

Die spesifieke aanklag van die elektron is ook beskou as 'n basiese, maar is nou oop kwarke met fraksionele beheer. Daar is verskeie teorieë oor wat 'n elektron uitmaak.

Vandag kan ons die artikel, wat bepaal dat die wetenskaplikes in staat was om die elektron te verdeel sien. Dit is egter net gedeeltelik waar.

nuwe eksperimente

Sowjet-wetenskaplikes terug in die tagtigerjare van die vorige eeu het aanvaar dat die elektron kan verdeel word in drie quasiparticles. In 1996 het hy daarin geslaag om dit te verdeel in spinon en Holon en onlangs fisikus Van den Brink en sy span is verdeel in deeltjie spinon en orbiton. Maar verdeel is slegs moontlik in spesiale omstandighede te bereik. Die eksperiment kan onder omstandighede van 'n baie lae temperature uitgevoer word.

Wanneer die elektrone is "cool" om absolute nul, wat ongeveer -275 grade Celsius, het hulle byna stop en vorm tussen hulle 'n soort van saak, indien saam in 'n enkele deeltjie. In sulke omstandighede, en fisici kan quasiparticles waarneem, waarvan "is" 'n elektron.

draers inligting

Electron radius is baie klein, is dit gelyk aan ^2,81794. 10 ^-13 cm, maar dit blyk dat sy komponente het 'n veel kleiner grootte. Elk van die drie dele waarin geslaag om "verdeel" die elektron, dra die inligting oor dit. Orbiton, soos die naam aandui, dit bevat data oor die baan golf deeltjie. Spinon verantwoordelik vir die spin van die elektron, en Holon vertel ons van die aanklag. Dus, kan die fisika afsonderlik waarneem verskillende state van elektrone in 'n sterk afgekoel materiaal. Hulle het daarin geslaag om 'n paar van die "Holon-spinon" en "spinon-orbiton" op te spoor, maar nie al drie saam.

nuwe tegnologie

Fisikus wat die elektron ontdek moes 'n paar dekades wag voor tot hul ontdekking het in die praktyk toegepas. Deesdae tegnologie gebruik te vind in 'n paar jaar, is dit genoeg om grafeen onthou - wonderlike materiaal wat bestaan uit koolstofatome in 'n enkele laag. Die verdeling van die elektron sou nuttig wees? Wetenskaplikes voorspel dat die skepping van 'n kwantum rekenaar, die spoed van wat, volgens hulle, 'n paar dekades van die tye groter as dié van vandag se mees kragtige rekenaars.

Wat is die geheim van die kwantum rekenaar tegnologie? Dit kan 'n eenvoudige optimization genoem word. In die konvensionele rekenaar, die minimum onverdeelbare deel van die inligting - 'n bietjie. En as ons kyk na die data met iets visuele, iets vir die motor net twee opsies. Bietjie kan óf nul of een bevat, wat deel is van 'n binêre kode.

nuwe metode

Kom ons dink dat in 'n bietjie vervat en nul, en die eenheid - 'n "quantumbit" of "kubus". Die rol van 'n eenvoudige veranderlikes sal die spin van die elektron te speel (dit kan óf kloksgewys of antikloksgewys te draai). In teenstelling met eenvoudige bietjie Cube verskeie funksies gelyktydig kan verrig, en as gevolg van hierdie toename sal spoed, lae elektron massa en beheer voorkom is hier nie belangrik.

Dit kan verklaar word deur die voorbeeld van die labirint. Om daaruit te kry, moet jy probeer om 'n baie verskillende opsies waaruit slegs een korrekte sal wees. Tradisionele rekenaar los selfs probleme vinnig, maar op 'n tyd kon slegs werk op 'n enkele probleem. Hy opsomming al die opsies op een kanaal, en uiteindelik vind 'n uitweg. Die kwantum rekenaar, te danke aan die dualiteit kyubita kan baie probleme gelyktydig op te los. Hy sal hersien al die opsies is nie op lyn, en in 'n enkele oomblik in tyd, en ook die probleem op te los. Die probleem is net in so ver is 'n baie werk op kwantum voorwerp te kry - dit sal die grondslag vir 'n nuwe generasie van rekenaar wees.

aansoek

Die meeste mense gebruik 'n rekenaar by die huis vlak. Met hierdie uitstekende werk tot dusver en konvensionele rekenaars, maar om spesifieke gebeure duisende, miskien honderde duisende veranderlikes voorspel, moet die masjien eenvoudig enorm wees. Quantum rekenaar so maklik gaan met sulke dinge soos weer voorspelling vir 'n maand, die behandeling van 'n ramp en sy voorspelling data, en sal ook uit te voer komplekse wiskundige berekeninge met verskeie veranderlikes vir 'n fraksie van 'n sekonde, almal met 'n verwerker van 'n paar atome. Dit is dus moontlik, baie gou ons kragtigste rekenaars is papierdun.

bly gesond

Quantum rekenaartegnologie sal 'n groot bydrae tot medisyne te maak. Die mensdom sal in staat wees om nanomachinery skep met 'n sterk potensiaal, met hulle hulp, sal dit moontlik wees om nie net siekte te diagnoseer deur eenvoudig op soek na die hele liggaam van binne, maar ook om mediese sorg te voorsien sonder chirurgie: klein robotte met "brein" anders as 'n rekenaar kan al operasies uit te voer.

Onvermydelike revolusie in die veld van rekenaarspeletjies. Kragtige masjiene wat onmiddellik die probleem kan oplos, kan speletjies speel met ongelooflike realistiese grafika sal wees, dit is nie ver nie reeds en rekenaar wêrelde met 'n volle onderdompeling.