Ką sudaro elektronas? Masė ir elektrono įkrova

Elektronas yra viena pagrindinių dalelių, viena iš jųkad jie yra struktūriniai dalykai. Pagal klasifikaciją yra Fermion (dalelių su puse-neatsiejama nugaros, pavadintas po to, kai fizikas Enrico Fermi) ir leptonus (dalelių, kurių pusė-sveikasis skaičius nugaros, nedalyvauja stiprios sąveikos, vieną iš keturių pagrindinių fizikos). Elektrono baryono skaičius lygus nuliui, taip pat ir kitiems leptonams.

Dar visai neseniai buvo manoma, kad elektronas -pradinė, tai yra nedaloma, bezdelenė struktūra, tačiau dabar mokslininkai turi skirtingą nuomonę. Ką elektronas sudaro pagal šiuolaikinių fizikų idėjas?

Pavadinimo istorija

Netgi senovės Graikijoje gamtininkai pastebėjo,kad gintaras, anksčiau nuplautas plaukais, patraukia sau mažus daiktus, t. y. turi elektromagnetines savybes. Jo vardą gavo elektronikas iš graikų ἤλεκτρον, kuris reiškia "gintarą". Termą pasiūlė J. Stoneis 1894 m., Nors pati dalelę atrado 1877 m. J. Thompsonas. Aptikti tai buvo sunku, priežastis tai yra nedidelė masė, o elektronų kaltinimas buvo lemiamos. Pirmasis dalelių vaizdas buvo gautas Charles Wilson naudojant specialią kamerą, kuri naudojama net šiuolaikiniuose eksperimentuose ir pavadinta jo garbe.

Įdomu pažymėti, kad viena iš prielaidųElektrono atradimas yra Benjamino Franklino žodis. 1749 m. Jis sukūrė hipotezę, kad elektra yra materiali medžiaga. Jo darbuose pirmą kartą buvo naudojami tokie terminai kaip teigiami ir neigiami įkaičiai, kondensatorius, iškrovimas, baterija ir elektros elementas. Konkretus elektrono uždegimas laikomas neigiamu, o prielaida, kad protonas yra teigiamas.

Elektrono atradimas

1846 m. ​​Tapo "elektros energijos atomo" sąvokasavo darbuose naudojau vokiečių fiziką Wilhelmą Weberį. Michael Faraday atrado sąvoką "jonas", kurį dabar galbūt jie žino iš mokyklos stendo. Daugelis žymių mokslininkų, tokių kaip Vokietijos fizikas ir matematikas Julius Plukkeris, Jean Perrin, anglų fizikas William Crookes, Ernstas Rutherfordas ir kiti dalyvavo elektros energijos gamyboje.

Taigi, prieš sėkmingai Josephą Thompsonąbaigė savo garsią patirtį ir įrodė, kad egzistuoja mažesnė dalelė nei atomas, daugelis mokslininkų dirbo šioje srityje, ir būtų neįmanoma atidaryti, nedaryk tokio milžiniško darbo.

1906 m. Josephas Thompsonas gavo Nobelio premijąpriemoka. Patirtis buvo taip: per lygiagrečių metalinių plokščių elektros lauko, buvo praėjo katodinius sijos. Tada jie būtų padaręs tą patį kelią, bet per ritė sistema sukurti magnetinį lauką. Thompson nustatė, kad kai elektrinis laukas atrėmė sijas, ir tas pats pastebėta su magnetiniu veiksmų, tačiau sijos katodinių spindulių trajektorija nesikeičia, jeigu jie veikė abu šiuos laukus tam tikromis proporcijomis, kurios priklauso nuo dalelių greičio.

Po skaičiavimų Thompsonas sužinojau, kad jų greitisdalelės yra daug mažesnės nei šviesos greitis, o tai reiškia, kad jie turi masę. Nuo to laiko fizikai pradėjo manyti, kad atviros dalelių medžiagos buvo atomo dalis, kuri vėliau buvo patvirtinta Rutherfordo eksperimentais. Jis pavadino jį "planetiniu atomo modeliu".

Kvarterinio pasaulio paradoksai

Klausimas, kurį elektroną sudaroyra gana sudėtinga, bent jau šiame mokslo raidos etape. Prieš svarstydami, turime kreiptis į vieną iš kvantinės fizikos paradoksų, kurių net patys mokslininkai negali paaiškinti. Tai garsus eksperimentas su dviem laiko lizdais, paaiškinantis dvejopą elektrono prigimtį.

Jos esmė yra ta, kad prieš "šautuvą" šaudytidalelių, yra sumontuotas rėmas su vertikalaus stačiakampio formos skylutėmis. Už jos ribų yra siena, kurioje pastebimi pėdsakai iš hitų. Taigi, pirmiausia turime suprasti, kaip medžiaga elgiasi. Lengviausias būdas įsivaizduoti, kaip mašina paleidžia teniso kamuoliukus. Kai kurie rutuliai patenka į skylę, o sienos smūgių pėdsakai pridedami prie vienos vertikalios juostelės. Jei tam tikru atstumu įtrauksite dar vieną tą pačią skylę, trasos sudarys atitinkamai dvi juostos.

Šios situacijos bangos elgiasi skirtingai. Jei yra simbolių susidūrimo su banga ant sienos, tada vieno skylės atveju juostelė taip pat bus viena. Tačiau viskas keičiasi dviem plyšiais. Banga, praeinanti per skylutes, yra padalinta į pusę. Jei vienos bangos viršuje patenka apatinė kitos pusės dalis, jie gesina vienas kitą ir ant sienos atsiranda trukdžių raštas (kelios vertikalios juostos). Vietos, esančios bangų susikirtimo taške, paliks pėdsaką, ir nėra vietų, kuriose būtų abipusis gesinimas.

Nuostabus atradimas

Naudodami anksčiau aprašytą eksperimentą, mokslininkaigali vizualiai parodyti pasauliui skirtumą tarp kvantinės ir klasikinės fizikos. Kai jie pradėjo bombarduoti sieną su elektronais, tai parodė įprastą vertikalią pėdsaką: kai kurios dalelės, kaip ir teniso kamuoliukai, patenka į tarpą, o kai kurie - ne. Tačiau viskas pasikeitė, kai atsirado antroji skylė. Interferencinis raštas pasirodė ant sienos! Iš pradžių fizikai nusprendė, kad elektronai trukdo vienas kitam ir nusprendžia juos išleisti vienu metu. Tačiau po poros valandų (judančių elektronų sparta vis dar yra daug mažesnė už šviesos greitį) vėl pasirodė interferencijos modelis.

Netikėtas posūkis

Elektronas kartu su kai kuriomis kitomis dalelėmispvz., fotonai, pasireiškia korpusulinės bangos dualizmu (taip pat vartojamas terminas "kvantinių bangų dualizmas"). Kaip ir gyvas ir miręs Schrodinger kaukas, elektrono būklė gali būti tiek korpusulio, tiek bangos.

Tačiau kitas žingsnis šiame eksperimentenet daugiau galvosūkių: pagrindinė dalelė, kurią, atrodo, žino visi, sukėlė neįtikėtiną staigmeną. Fizikai nusprendė ant apertūrų montuoti stebėjimo prietaisą, per kurį prailgina daleles ir kaip jie pasireiškia banga. Tačiau, kai tik buvo įdiegtas stebėjimo mechanizmas, ant sienos pasirodė tik dvi juostos, atitinkančios du skylutes, ir trikdžių modelio nėra! Iš karto, kai "šešėlis" buvo pašalintas, dalelė vėl pradėjo eksponuoti bangos savybes, tarsi ji žinotų, kad jo niekas nelaiko.

Kitas teorija

Fizikas Bourne pasiūlė, kad dalelė nėravirsta banga tiesiausiu šio žodžio prasme. Elektronas "turi" tikimybės bangą savaime, ji suteikia trikdžių struktūrą. Šios dalelės turi superpozicijos savybę, tai yra, jie gali būti bet kokioje vietoje su tam tikra tikimybe, todėl juos gali lydėti panaši "banga".

Nepaisant to, rezultatas yra akivaizdus: pats stebėtojo buvimo faktas daro įtaką eksperimento rezultatams. Tai atrodo neįtikėtinas, tačiau tai nėra vienintelis tokio pavyzdžio pavyzdys. Fizikai taip pat atliko eksperimentus su didesnėmis dalimis medžiagos, kai objektas buvo plonas aliuminio folijos dalis. Mokslininkai pažymėjo, kad tai, kad tam tikri matavimai turėjo įtakos vien objekto temperatūrai. Tokių reiškinių pobūdį jie vis dar negali paaiškinti.

Struktūra

Bet ką sudaro elektronas? Šiuo metu šiuolaikinis mokslas negali atsakyti į šį klausimą. Iki šiol ji buvo laikoma nedaloma pagrindine dalelė, dabar mokslininkai linkę į tai, kad ją sudaro dar mažesnės struktūros.

Ypatingas elektronų uždegimas taip pat buvo laikomas elementariu, bet dabar kvarkai, turintys trupmeninį krūvį, yra atidaryti. Yra keletas teorijų, susijusių su elektronu.

Šiandien galite pamatyti straipsnius, kuriuose teigiama, kad mokslininkams pavyko atskirti elektroną. Tačiau tai iš dalies tikra.

Nauji eksperimentai

Sovietų mokslininkai jau devintajame dešimtmetyjePraėjusį šimtmetį buvo manoma, kad elektroną galima suskirstyti į tris kvazisakcijas. 1996 m. Buvo galima jį padalyti į spinoną ir choloną, nes neseniai fizikas Van den Brinkas ir jo komanda turėjo dalelę, padalytą į spinoną ir orbitoną. Tačiau suskaidymą galima pasiekti tik esant ypatingoms sąlygoms. Eksperimentas gali būti atliekamas labai žemoje temperatūroje.

Kai elektronai "atvėsina" iki absoliutaus nulio, irTai yra apie -275 laipsnių Celsijaus laipsniu, jie praktiškai sustoja ir formuoja tam tikrą dalyką tarpusavyje, pavyzdžiui, sujungti į vieną dalelę. Esant tokioms sąlygoms, fizikai sugeba stebėti kvazialesnes dalis, kurių elektronas "sudaro".

Informaciniai vežėjai

Elektrono spindulys yra labai mažas, tai yra 2.81794^.10^-13cm, bet pasirodo, kad jo sudedamosios dalys yradaug mažesnio dydžio. Kiekviena iš trijų dalių, galėjusių "dalinti" elektroną, pateikia informaciją apie tai. Orbitonas, kaip rodo pavadinimas, yra duomenų apie dalelės orbitinę bangą. Spinonas yra atsakingas už elektronų sukimąsi, o cholonas mums sako apie krūvį. Taigi, fizikai gali atskirai stebėti skirtingas elektronų būkles stipriai atšaldytoje medžiagoje. Jie sugebėjo atsekti poras "cholon-spinono" ir "spinono-orbitono", bet ne visus tris kartu.

Naujos technologijos

Fizikai, atradę elektroną, turėjo lauktikelis dešimt metų, kol jų atradimas buvo taikomas praktikoje. Mūsų laikais technologija yra naudojama per kelerius metus, tik prisiminti grafenas - nuostabi medžiaga, susidedanti iš anglies atomų viename sluoksnyje. Kas bus naudinga elektronui suskaidyti? Mokslininkai prognozuoja, kad yra sukurtas kvantinis kompiuteris, kurio greitis, jų nuomone, yra kelis dešimtys kartų didesnis nei galingiausių šiuolaikinių kompiuterių.

Koks yra Kvantinė kompiuterinių technologijų paslaptis? Tai galima vadinti paprastu optimizavimu. Žinomame kompiuteryje yra minimali, nedaloma informacijos dalis. Ir jei mes manome, kad duomenys yra ko nors vizualūs, tai mašinoje yra tik dvi galimybės. Šiek tiek gali būti nulis arba vienas, tai yra dvejetainio kodo dalys.

Naujas metodas

Dabar įsivaizduokime, kad bitas yrair nulis, o vienetas yra "kvantinis bitas" arba "cuebit". Paprastų kintamųjų vaidmenį vaidins elektronų nugara (ji gali pasukti pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę). Dėl to, skirtingai nuo paprasto bito, cuebit gali tuo pačiu metu atlikti keletą funkcijų, o tai padidins operacijos greitį, todėl maža elektronų masė ir įkrova nėra svarbi.

Tai galite paaiškinti labirinto pavyzdžiu. Norėdami išeiti iš jos, turite išbandyti daugybę įvairių variantų, iš kurių tik vienas bus teisingas. Tradicinis kompiuteris gali greitai spręsti problemas, tačiau bet kuriuo metu jis gali dirbti tik su viena problema. Jis eis vienas po kito visus takų variantus, ir galų gale jis sužinosi. Kvantinis kompiuteris, dėl alkūnių dvejopos, gali vienu metu spręsti daugybę problemų. Jis persvarstys visas galimas galimybes ne eilės tvarka, bet vienu metu, ir jis išspręs šią problemą. Iki šiol sudėtinga yra tai, kad vienos užduoties metu dirbti daug kvantų - tai bus naujos kartos kompiuterio pagrindas.

Paraiška

Dauguma žmonių naudoja kompiuterįnamų ūkio lygis. Su iki šiol šį puikų darbą ir tradicinių asmeninių kompiuterių, tačiau prognozuoti konkrečius įvykius tūkstančius, o gal šimtus tūkstančių kintamųjų, mašina turi būti tiesiog milžiniškas. Kvantinė kompiuteris taip pat lengvai susidoroti su tokiais dalykais, kaip oro prognozės per mėnesį, nelaimės gydymą ir jo prognozavimo duomenis, ir taip pat atlikti sudėtingus matematinius skaičiavimus su keliais kintamaisiais už sekundės, visą frakciją iš kelių atomų procesorius. Taigi galbūt labai greitai mūsų galingiausi kompiuteriai bus stori popieriaus lape.

Sveikatos išsaugojimas

Kvantinės kompiuterinės technologijos atneš didelįindėlis į mediciną. Žmonija galės sukurti nanomachinery su stipriu potencialu, su jų pagalba, bus galima ne tik diagnozuoti ligą, tiesiog žiūri į visą kūną iš vidaus, bet ir suteikti medicininę pagalbą be operacijos: mažyčių robotų su "smegenys", išskyrus kompiuterio gali atlikti visas operacijas.

Revoliucija kompiuterinių žaidimų srityje yra neišvengiama. Galingos mašinos, galinčios greitai spręsti problemas, galės žaisti žaidimus su neįtikėtinai realia grafika, be to, jau net kompiuterių pasauliai yra visiškai panardinami.