Какво е електронна? Масата и заряда на електрона

Електрон - основна частица, един от тези, които са структурните звена на материята. Съгласно класификацията е фермион (частици с половин неразделна въртене, на името физика Енрико Ферми) и лептони (частици с половин завъртане число, не участват в силното взаимодействие, един от четирите основни по физика). Барионен брой на електрона е нула, както и други лептони.

Доскоро се смяташе, че електронът - елементарно, което е неделима, която няма структура на частиците, но учените имат различно мнение днес. Какво е електрона при представяне на съвременната физика?

История на името

Дори и в древна Гърция природолюбители забелязах, че кехлибар, предварително втрива с кожа, привлича малки обекти, т.е. показва електромагнитни свойства. Името на електрона, получена от гръцката ἤλεκτρον, което означава "кехлибар". Терминът предложи Джордж. Stoney през 1894 г., въпреки че частицата е бил открит от J .. Томпсън през 1897. Беше трудно да се разбере каква е причината за това е малка маса и заряда на електрона става да се намери решителен опит. Първите снимки на частиците е Чарлз Уилсън със специална камера, която се използва дори и в съвременните експерименти и е кръстен в негова чест.

Интересен факт е, че една от предпоставките за откриването на електрона една поговорка на Бенджамин Франклин. През 1749 той развива хипотезата, че електричеството - материал, вещество. Това е в неговите произведения първо се използват термини като положителни и отрицателни заряди, освобождаване кондензатор, батерии и електрически частици. Специфичната заряда на електрона се счита за отрицателен, а на протона - положителен.

Откриването на електрона

През 1846 г. идеята за "атом на електрическа енергия" е бил използван в творбите си, името на немския физик Вилхелм Вебер. Maykl Faradey открили терминът "йон", която сега е, може би, знаят всичко още в училище. Въпросът на електроенергия природата включени много видни учени като немски физик и математик Юлий Plücker, Жан Perren, английски физик Уилям Kruks на Ърнест Ръдърфорд и др.

По този начин, преди Dzhozef Томпсън успешно известната си експеримент и доказа съществуването на частиците по-малък от един атом, в поле работата на много учени и откритието би било невъзможно, те не са направили това колосално работа.

През 1906 г. Dzhozef Томпсън получава Нобелова награда. Опитът е както следва: чрез успоредни метални плочи на електрически поле, се пропускат катодни греди. Тогава те биха направили по същия начин, но в система за бобина за създаване на магнитно поле. Thompson, че когато електрическо поле отклонява греди, и също се наблюдава с магнитна действие обаче греди електроннолъчева траектория не се промени, ако е действал двете от тези области в определени пропорции, които зависят от скоростта на частиците.

След изчисления Thompson научава, че скоростта на тези частици е значително по-ниска от скоростта на светлината, а това означава, че те имат маса. От тази гледна точка на физиката са дошли да се смята, че откритата частица материя, включени в атомите, които впоследствие потвърдени от Ръдърфорд. Той го нарича "планетарен модел на атома."

Парадоксите на квантовия свят

Въпросът за това какво представлява електрон достатъчно сложен, поне на този етап от развитието на науката. Преди да се има предвид, че трябва да се свържете с един от парадоксите на квантовата физика, че дори учените не могат да обяснят. Това е най-известен с две цепка експеримент, обяснявайки, двойствената природа на електрона.

Нейната същност е, че преди "пистолет", стреляйки частици, настройте кадъра с вертикална правоъгълен отвор. Зад нея е стена, върху която ще се наблюдава следи от хитовете. Така че, първо трябва да се разбере как се държи въпрос. Най-лесният начин да се види как да се започне машина тенис топки. Част от мъниста падне в дупката, а следите на резултатите от стените в добавят в един вертикална лента. Ако на определено разстояние, за да се добавят още същите следи дупка ще образуват, съответно, две ленти.

Вълните също държат по различен начин в такава ситуация. Ако стената ще покаже следи от сблъсък с вълна, в случая на един отвор лента ще бъде също един. Въпреки това, нещата се променят в случай на двете цепки. Wave, минаваща през дупките, разделени на две. Ако горната част на една вълна отговаря на дъното на друга, те се изключват взаимно, и моделът на смущения (множество вертикални ивици) ще се появи на стената. Поставете в пресечната точка на вълните ще оставят следа, а на местата, където е имало взаимно закаляване, не.

удивително откритие

С помощта на по-горе експеримент, учените могат да показват ясно на света разликата между квантовата и класическата физика. Когато те започнали да стрелят електрони стена, обикновено се появява във вертикална маркировка върху него: някои частици точно като топка за тенис падна в пропастта, а други не. Но всичко това се промени, когато е имало втора дупка. На стената разкри модела намеса! Първо физика реши, че електроните да си влияят взаимно и реши да ги остави един по един. Въпреки това, след няколко часа (скорост на движещите се електрони все още е много по-ниска от скоростта на светлината) отново започна да показва модел смущения.

неочакван обрат

Електронни, заедно с някои други частици като фотоните, проявява дуалността вълна-частиците (също използва термина "квантова вълна дуализъм"). Подобно на котката на Шрьодингер, че живи, така и мъртви, състоянието на електрона може да бъде както на еритроцитите и вълна.

Въпреки това, следващата стъпка в този експеримент е генерирал още повече мистерии: фундаментална частица, което изглежда да се знае всичко, представени невероятна изненада. Физиците решат да инсталирате в дупки за определяне на обхвата на устройството да се заключва, чрез който преряза частица са, и как те се проявяват като вълни. Но веднага след като е бил поставен механизъм за мониторинг на стената имаше само две ивици, съответстващи на две дупки, а не модел намеса! Веднага след като "сенки" почистени, частиците отново започна да показва свойствата на вълни, сякаш знаеше, че тя е вече никой не гледа.

Друга теория

Физик Роден предполага, че частицата не се превърне в една вълна буквално. Електрон "съдържа" вълна на вероятност, че дава модел смущения. Тези частици са собственост на суперпозиция, което означава, че може да бъде навсякъде в определена степен на вероятност, и поради това те могат да бъдат придружени от такава "вълна".

Независимо от това, резултатът е очевиден: самото присъствие на наблюдателя се отразява на резултатите от експеримента. Изглежда невероятно, но това не е единственият пример по рода си. Физика експерименти са проведени върху голяма част от майката, след като обект на сегмента е тънкият алуминиевото фолио. Учените отбелязват, че самият факт, че някои измервания да повлияе на температурата на обекта. Естеството на тези явления, те обясняват, все още не е в сила.

структура

Но какво представлява електрона? В този момент, съвременната наука не може да отговори на този въпрос. Доскоро се считаше неделими елементарни частици, но сега учените са склонни да вярват, че тя е съставена от още по-малки структури.

Специфичната заряда на електрона също се счита за основен, но сега са отворени кварки с дробен заряд. Има няколко теории за това какво представлява електрон.

Днес можем да видим на статията, който гласи, че учените са били в състояние да се разделят на електрона. Това обаче е вярно само отчасти.

нови експерименти

Съветските учени обратно през осемдесетте години на миналия век са предполагали, че електронът може да бъде разделена на три квазичастици. През 1996 г. той успя да го разделете на spinon Олон и наскоро физик Ван ден Бринк и неговият екип е разделена на spinon частици и orbiton. Въпреки това, разделяне е възможно да се постигне само при специални обстоятелства. Експериментът може да се извърши при условията на изключително ниски температури.

Когато електроните са "готини", за да абсолютната нула, което е около -275 градуса по Целзий, те почти спре и форма между тях един вид материя, ако обединяването им в единен частица. При тези обстоятелства, и физици могат да наблюдават квазичастици, от които "е" електрон.

носители на информация

радиус Electron е много малък, той е равен на ^2.81794. 10 ^{-13 cm,} но се оказва, че неговите компоненти имат много по-малък размер. Всяка от трите части, в които са успели да "разделение" на електрона, носи информация за това. Orbiton, както подсказва името, тя съдържа данни за орбиталната вълна частица. Spinon отговорен за спина на електрона, Олон ни разказва за таксата. По този начин, може да физиката отделно наблюдават различни състояния на електрони в силно охлажда материал. Те успяха да се проследи един чифт "Олон-spinon" и "spinon-orbiton", но не и трите заедно.

нови технологии

Физик, който е открил на електрона е трябвало да чака няколко десетилетия преди до откритието им е била приложена на практика. В наши дни технологии намират приложение при няколко години, това е достатъчно, за да се помни графен - удивителен материал, състоящ се от въглеродни атоми в един слой. Разделянето на електрона ще бъде от полза? Учените прогнозират, че създаването на квантов компютър, скоростта на които, според тях, на няколко десетки пъти по-голяма от тази на днешните най-мощните компютри.

Каква е тайната на квантов компютър технология? Това може да се нарече една проста оптимизация. В конвенционален компютър, минималната неделима част от информацията - малко. И ако вземем предвид данните с нещо визуално, нещо за колата само две възможности. Малко може да съдържа нито нула или един, който е част от двоичен код.

нов метод

Сега нека си представим, че след малко се съдържа и нула и единица - за "квантов бит" или "Куб". Ролята на прости променливи ще играе спина на електрона (тя може да се върти или по часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка). За разлика от обикновен битов Cube може да изпълнява няколко функции едновременно, и в резултат на това увеличение ще настъпи скорост, ниска електрон маса и заряд не са важни тук.

Това може да се обясни с примера на лабиринта. За да се измъкнем от нея, трябва да се опитате много различни опции, от които само един ще бъде вярна. Традиционен компютър, дори и решава проблеми бързо, но в един момент може да работи само на един-единствен проблем. Той изброява всички възможности на един-чревния тракт, и в крайна сметка намери изход. Квантовият компютър, благодарение на kyubita на двойственост може да реши много проблеми едновременно. Той ще направи преглед на всички варианти не са на линия, и в един момент във времето, а също така да реши проблема. Трудността е само дотолкова, доколкото е да се получи много работа по квантов обект - това ще бъде основа за ново поколение компютър.

приложение

Повечето хора използват компютър на ниво домакинство. С тази отлична работа до момента и конвенционални компютри, но да се предскаже конкретни събития хиляди, може би стотици хиляди променливи, машината трябва да е просто огромна. Квантов компютър толкова лесно да се справят с такива неща, като прогнозиране на времето за един месец, лечението на бедствие и неговите прогнози данни, а също така ще изпълняват сложни математически изчисления с множество променливи за част от секундата, всички с процесор на няколко атома. Така че това е възможно, в най-скоро нашите най-мощните компютри са тънки като хартия.

Грижи за здравето

Quantum компютърните технологии ще направи огромен принос за медицината. Човечеството ще бъде в състояние да създаде nanomachinery с голям потенциал, с тяхна помощ, това ще бъде възможно не само да се диагностицира болестта, като просто погледнете в цялото тяло от вътре, но и за осигуряване на медицинска помощ, без да хирургия: миниатюрни роботи с "мозъците", различни от един компютър може да извършва всички операции.

Неизбежен революция в областта на компютърните игри. Мощни машини, които могат незабавно да реши проблема, ще могат да се играят игри с невероятно реалистична графика, тя не е толкова далеч вече и компютърни светове с пълно потапяне.