¿Qué es un electrón? Electrón (partícula elemental)

Electrón
Electrón

Electrón- la partícula cargada negativamente más ligera, una parte integral del átomo. Un electrón en un átomo está unido a un núcleo central cargado positivamente por atracción electrostática. Tiene una carga negativa e \u003d 1.602. 10-19 C, masa m e \u003d 0.511 MeV / s 2 \u003d 9.11. 10 -28 gy girar 1/2 (en unidades de ћ), es decir Es un fermión. El momento magnético del electrón μ e \u003e\u003e μ V, donde μ B \u003d eћ / 2m e s es el magneton de Bohr (se usa el sistema de unidades gaussiano), que es consistente con el modelo de una partícula sin estructura puntual (según datos experimentales, el tamaño del electrón< 10 -17 см). В пределах точности эксперимента электрон стабильная частица. Его время жизни
τ e\u003e 4.6. 10 26 años.
Un electrón pertenece a la clase de leptones, es decir. no participa en una interacción fuerte (participa en el resto: electromagnético, débil y gravitacional). La electrodinámica cuántica, una de las ramas de la teoría cuántica de campos, ofrece una descripción de la interacción electromagnética de un electrón. El electrón tiene una característica especial inherente a los leptones: el número de leptones de electrones + 1.
La antipartícula del electrón es el positrón e +, que difiere del electrón solo en los signos de la carga eléctrica, el número de leptones y el momento magnético.

Las principales características del electrón.

J.J. Thomson descubrió un electrón, la primera de las partículas elementales descubiertas, en 1897. Al estudiar las características de una descarga de gas, Thomson demostró que los rayos catódicos formados en el tubo de descarga consisten en partículas de materia cargadas negativamente. Desviando los rayos catódicos en campos eléctricos y magnéticos, determinó la relación de carga a masa de estas partículas e / m \u003d 6.7 · 10 17 unidades. CGSE / g (valor actual 5.27 · 10 17 unidades de CGSE / g). Mostró que los rayos catódicos son una corriente de partículas más livianas que los átomos y no dependen de la composición del gas. Estas partículas fueron llamadas electrones. El descubrimiento del electrón y el establecimiento del hecho de que todos los átomos contienen electrones fue información importante sobre la estructura interna del átomo.

Electrón. La formación y estructura del electrón. Monopolo de electrones magnéticos.

(continuado)

Parte 4. La estructura del electrón.

4.1. Un electrón es una partícula de dos componentes, que consta de solo dos campos superdensificados (condensados, concentrados): un campo eléctrico negativo y un campo magnético N. Donde:

a) densidad de electrones: el máximo posible en la naturaleza;

b) tamaño de electrones (D \u003d 10 -17 cm y menos) - mínimo en la naturaleza;

c) de acuerdo con el requisito de minimizar la energía, todas las partículas (electrones, positrones, partículas con carga fraccional, protones, neutrones, etc.) deben tener (y tener) una forma esférica;

d) por razones desconocidas hasta ahora, independientemente del valor de energía del fotón "padre", absolutamente todos los electrones (y positrones) nacen absolutamente idénticos en sus parámetros (por ejemplo, la masa de absolutamente todos los electrones y positrones es 0.511 MeV).

4.2. “Se ha establecido de manera confiable que el campo magnético de un electrón es la misma propiedad integral que su masa y carga. Los campos magnéticos de todos los electrones son iguales, sus masas y cargas son las mismas ”. (C) Esto automáticamente nos permite llegar a una conclusión inequívoca sobre la equivalencia de la masa y la carga del electrón, es decir: la masa del electrón es el equivalente de la carga, y viceversa: la carga del electrón es el equivalente de la masa (para positrón - de manera similar).

4.3. La propiedad de equivalencia indicada también se extiende a partículas con cargas fraccionales (+2/3) y (-1/3), que son la base de los quarks. Es decir: la masa del positrón, el electrón y todas las partículas fraccionarias es el equivalente de su carga, y viceversa: las cargas de estas partículas son el equivalente de la masa. Por lo tanto, la carga específica del electrón, positrón y todas las partículas fraccionarias es la misma (constante) e igual a 1.76 * 10 11 CL / kg

4.4. En la medida en un cuanto de energía elemental es automáticamente un cuanto de masa elemental, entonces la masa de electrones (teniendo en cuenta la presencia de partículas fraccionales 1/3 y 2/3) debería tenervalores múltiplos de las masas de tres medios quanta negativos. (Véase también "Fotón. Estructura de fotones. Principio de movimiento. Cláusula 3.4.)

4.5. Es muy difícil determinar la estructura interna de un electrón por muchas razones, sin embargo, es de considerable interés considerar, al menos como una primera aproximación, la influencia de dos componentes (eléctrico y magnético) en la estructura interna de un electrón. Ver fig. 7)

Fig.7. La estructura interna del electrón, opciones:

Opción número 1. Cada par de pétalos de un medio cuántico negativo forma "microelectrones", que luego forman un electrón. Además, el número de "microelectrones" debería ser un múltiplo de tres.

Opción número 2. Un electrón es una partícula de dos componentes, que consta de dos monopolos hemisféricos independientes apilados: eléctrico (-) y magnético (N).

Opción número 3. Un electrón es una partícula de dos componentes, que consta de dos monopolos: eléctricos y magnéticos. En este caso, un monopolo magnético esférico se encuentra en el centro del electrón.

Opción número 4. Otras opciones.

Aparentemente, la opción puede considerarse cuando los campos eléctricos (-) y magnéticos (N) pueden existir dentro de un electrón no solo en forma de monopolos compactos, sino también en forma de una sustancia homogénea, es decir, ¿forman una estructura casi sin estructura? ¿cristalino? ¿homogéneo? partícula. Sin embargo, esto es muy dudoso.

4.6. Cada una de las opciones propuestas para consideración tiene sus ventajas y desventajas, por ejemplo:

a) Opciones No. 1. Los electrones de este diseño permiten formar fácilmente partículas fraccionarias con una masa y una carga que son múltiplos de 1/3, pero al mismo tiempo dificultan la explicación del campo magnético intrínseco de un electrón.

b) Opción número 2. Este electrón, cuando se mueve alrededor del núcleo de un átomo, está constantemente orientado hacia el núcleo por su monopolo eléctrico y, por lo tanto, solo puede tener dos versiones de rotación alrededor de su eje: en sentido horario o antihorario (¿prohibición de Pauli?), Etc.

4.7. Al considerar estas opciones (o propuestas recientemente), es imprescindible tener en cuenta las propiedades y características del electrón realmente existentes, así como tener en cuenta una serie de requisitos obligatorios, por ejemplo:

La presencia de un campo eléctrico (carga);

La presencia de un campo magnético;

La equivalencia de algunos parámetros, por ejemplo: la masa de un electrón es equivalente a su carga y viceversa;

La capacidad de formar partículas fraccionarias con masa y carga múltiple de 1/3;

La presencia de un conjunto de números cuánticos, spin, etc.

4.8. Un electrón apareció como una partícula de dos componentes, en la que la mitad (1/2) es un campo eléctrico compactado menos (monopolar-menos eléctrico), y la segunda mitad (1/2) es un campo magnético compactado (monopolar-N magnético). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que:

Bajo ciertas condiciones, los campos eléctricos y magnéticos pueden generarse entre sí (convertirse entre sí);

Un electrón no puede ser una partícula de un componente y consiste en el 100% del campo negativo, ya que un campo negativo cargado individualmente se descompondrá debido a las fuerzas repulsivas. Es por eso que la presencia de un componente magnético es necesaria dentro del electrón.

4.9. Desafortunadamente, no es posible realizar un análisis completo de todas las ventajas y desventajas de las opciones propuestas y elegir la única versión correcta de la estructura interna del electrón.

Parte 5. "Propiedades de onda de un electrón".

5.1. “A fines de 1924. el punto de vista según el cual la radiación electromagnética se comporta en parte como ondas y en parte como partículas se hizo generalmente aceptado ... Y fue en este momento que el francés Louis de Broglie, que era un estudiante graduado en ese momento, tuvo una idea brillante: ¿por qué no puede ser lo mismo? ser para una sustancia? Louis de Broglie hizo lo contrario de las partículas al trabajo que Einstein hizo para las ondas de luz. Einstein conectó ondas electromagnéticas con partículas de luz; de Broglie conectó el movimiento de las partículas con la propagación de las ondas, a las que llamó ondas de materia. La hipótesis de De Broglie se basaba en la similitud de las ecuaciones que describen el comportamiento de los rayos de luz y las partículas de materia, y era de naturaleza puramente teórica. Se requirieron hechos experimentales para confirmarlo o refutarlo. ”(C)

5.2. "En 1927, los físicos estadounidenses C. Davisson y K. Jermer descubrieron que cuando los electrones se" reflejan "desde la superficie de un cristal de níquel, los picos aparecen en ciertos ángulos de reflexión. Datos similares (la apariencia de los máximos) ya estaban disponibles a partir de la observación de la difracción de rayos X de rayos por estructuras cristalinas. Por lo tanto, la aparición de estos máximos en los haces de electrones reflejados no podría explicarse de ninguna otra manera, excepto sobre la base de ideas sobre las ondas y su difracción. Por lo tanto, las propiedades de las ondas de las partículas - electrones (y la hipótesis de De Broglie) se demostraron por experimento ". (C)

5.3. Sin embargo, la consideración del proceso de aparición de propiedades corpusculares de un fotón descrito en este artículo (ver Fig. 5) nos permite sacar conclusiones bastante inequívocas:

a) a medida que la longitud de onda disminuye de 10 -4 a 10 - 10 (C) (C) (C) (C) (C) ver campos eléctricos y magnéticos de un fotón condensados

(C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) (C) b) tras la compactación de los campos eléctricos y magnéticos en la "línea de interfaz", comienza un rápido aumento de la "densidad" de los campos, y ya en el rango de rayos X la densidad del campo es comparable con la densidad de la partícula "ordinaria".

c) por lo tanto, un fotón de rayos X que interactúa con un obstáculo ya no se refleja desde el obstáculo como una onda, sino que comienza a rebotar como una partícula.

5.4. Es decir:

a) ya en el rango de rayos X blando, los campos electromagnéticos de los fotones están tan densificados que es muy difícil detectar las propiedades de las ondas en ellos. Cita: "Cuanto más pequeña es la longitud de onda del fotón, más difícil es detectar las propiedades de la onda y más fuertes se manifiestan las propiedades de la partícula".

b) en el rango de rayos X y rayos gamma, los fotones se comportan como partículas al 100%, y es casi imposible detectar propiedades de onda en ellos. Es decir: los rayos X y el fotón gamma pierden por completo las propiedades de la onda y se convierten en una partícula al 100%. Cita: "La energía de los cuantos en el rango de rayos X y gamma es tan grande que la radiación se comporta casi completamente como una corriente de partículas" (c).

c) por lo tanto, en experimentos sobre la dispersión de un fotón de rayos X desde la superficie del cristal, ya no se observó una onda, sino una partícula ordinaria, que rebotó en la superficie del cristal y repitió la estructura de la red cristalina.

5.5. Antes de los experimentos de K. Davisson y K. Jermer, ya había datos experimentales sobre la observación de la difracción de rayos X de rayos en estructuras cristalinas. Por lo tanto, habiendo obtenido resultados similares en experimentos con dispersión de electrones en un cristal de níquel, automáticamente atribuyeron propiedades de onda al electrón. Sin embargo, un electrón es una partícula "sólida" que tiene una masa real de reposo, dimensiones, etc. No es una partícula electrónica que se comporta como una onda de fotón, sino que un fotón de rayos X tiene (y muestra) todas las propiedades de una partícula. No se refleja un electrón desde un obstáculo como un fotón, sino un fotón de rayos X se refleja desde un obstáculo como una partícula.

5.6. Por lo tanto: no "propiedades de onda" del electrón (y otras partículas) fueron, no son y no pueden ser. Y no hay requisitos previos, y mucho menos oportunidades para cambiar esta situación.

Parte 6. Conclusiones.

6.1 El electrón y el positrón son las primeras partículas fundamentales, cuya presencia determina la aparición de quarks, protones, hidrógeno y todos los demás elementos de la tabla periódica.

6.2. Históricamente, una partícula se llamaba electrón y se le asignaba un signo menos (materia), y la otra se llamaba positrón y se le asignaba un signo más (antimateria). "Acordaron considerar la carga eléctrica del electrón negativo de acuerdo con un acuerdo anterior para llamar a la carga del negativo ámbar electrificado" (c).

6.3. Un electrón puede aparecer (aparecer \u003d nacer) solo cuando se combina con un positrón (el electrón es un par de positrones). La aparición en la naturaleza de incluso un electrón o positrón "no apareado" (único) es una violación de la ley de conservación de la carga, la electroneutralidad general de la materia es técnicamente imposible.

6.4. La formación de un par electrón-positrón en el campo de Coulomb de una partícula cargada se produce después de la separación de los cuantos de fotones elementales en la dirección longitudinal en dos partes componentes: negativo, a partir del cual se forma una partícula negativa (electrón) y positivo, a partir del cual se forma una partícula positiva (positrón). La separación de un fotón eléctricamente neutro en la dirección longitudinal en dos partes que son absolutamente iguales en masa pero diferentes en carga (y campo magnético) es una propiedad natural del fotón, que surge de las leyes de conservación de la carga, etc. La presencia de partículas más insignificantes dentro del electrón. , y se excluye el "interior" del positrón - "partículas menos". También excluye la presencia dentro del electrón y el protón de "partículas" eléctricamente neutras (restos, piezas, restos, etc.) del fotón madre.

6.5. Por razones desconocidas, absolutamente todos los electrones y positrones nacen de las partículas de referencia "máximo-mínimo" (es decir, no pueden ser más grandes y no pueden ser más pequeños en masa, carga, dimensiones y otras características). Se excluye la formación de partículas más pequeñas o más grandes (positrones) y menos partículas (electrones) a partir de fotones electromagnéticos.

6.6. La estructura interna de un electrón está predeterminada de manera única por la secuencia de su aparición: un electrón se forma como una partícula de dos componentes, que es 50% de un campo eléctrico compactado menos (monopolo eléctrico) y 50% de un campo magnético compactado (monopolo magnético N). Estos dos monopolos pueden considerarse como partículas de carga diferente entre las cuales surgen fuerzas de atracción mutua (cohesión).

6.7. Los monopolos magnéticos existen, pero no en forma libre, sino solo como componentes de un electrón y un positrón. En este caso, el monopolo magnético (N) es una parte integral del electrón, y el monopolo magnético (S) es una parte integral del positrón. La presencia de un componente magnético "dentro" de un electrón es necesaria, ya que solo un monopolo magnético (N) puede formar una conexión fuerte (y sin precedentes en fuerza) con un monopolo eléctrico de carga simple - menos.

6.8. Los electrones y los positrones tienen la mayor estabilidad y son partículas cuya descomposición es teórica y prácticamente imposible. Son indivisibles (a cargo y en masa), es decir: se excluye la separación espontánea (o forzada) de un electrón o positrón en varias partes calibradas o "misceláneas".

6.9. Un electrón es eterno y no puede "desaparecer" hasta que encuentre otra partícula que tenga igual magnitud pero cargas opuestas de signo eléctrico y magnético (positrón).

6.10. Como solo dos partículas de referencia (calibradas) pueden aparecer a partir de ondas electromagnéticas: un electrón y un positrón, solo los quarks de referencia, los protones y los neutrones pueden aparecer sobre su base. Por lo tanto, toda la materia visible (bariónica) de nuestro y todos los demás universos consiste en los mismos elementos químicos (tabla periódica) y constantes físicas uniformes y leyes fundamentales, similares a "nuestras" leyes, son válidas en todas partes. Se excluye la aparición en cualquier punto del espacio infinito de "otras" partículas elementales y "otros" elementos químicos.

6.11. Toda la materia visible de nuestro Universo se formó a partir de fotones (presumiblemente el rango de microondas) de acuerdo con el único esquema posible: fotón → par electrón-positrón → partículas fraccionales → quarks, gluón → protón (hidrógeno). Por lo tanto, toda la materia "sólida" de nuestro Universo (incluido el Homo sapiens) son los campos eléctricos y magnéticos condensados \u200b\u200bde fotones. No hubo otros "asuntos" para su formación en el Cosmos, no hay y no puede haber.

PD ¿Es inagotable el electrón?

Recientemente, los físicos han privado a un electrón del título bien merecido de una partícula elemental. El hecho es que los científicos han asumido durante mucho tiempo que en situaciones especiales un electrón puede desintegrarse en tres componentes: holón, espín y orbitón. La posibilidad de la existencia separada de holon y spinon se demostró hace seis años. Y ahora, los científicos han logrado "separar" la órbita.

Ya en el siglo anterior, muchos científicos experimentaron un shock: un átomo que anteriormente parecía ser único e indivisible (de hecho, la misma palabra "átomo" se traduce del griego como "indivisible"), de repente resultó ser compuesto, es decir, compuesto de partículas más pequeñas. Por si acaso, sus científicos llamaron elemental, tal nombre implicaba que ciertamente eran indivisibles. Sin embargo, la felicidad no duró, por desgracia, por mucho tiempo: en el siglo XX, la mayoría de las partículas descubiertas antes comenzaron a perder el orgulloso título de "elemental".

Todo comenzó con un protón y un neutrón, las partículas que forman el núcleo atómico. Se ha demostrado que están formados por partículas más pequeñas llamadas quarks. Resulta que, dado que son compuestos, significa que todavía no son elementales. Pero el electrón fue más afortunado: llevaba este orgulloso nombre más tiempo que cualquier partícula atómica. Pero, al final, se vio obligado a abandonar las filas de partículas elementales.

El hecho es que incluso hace aproximadamente medio siglo, los físicos predijeron la posibilidad de separación de un electrón en tres cuasipartículas (sobre lo que es, lea en el artículo ""): holón, espín y orbitón. Además, el primero de ellos transferirá la carga del electrón, el segundo, su giro (momento angular), y el tercero es generalmente un cuanto de la onda orbital del electrón, es decir, transfiere su interacción orbital con otros electrones y el núcleo. Es cierto que estas tres cuasipartículas no siempre aparecen cuando el electrón así lo desea, sino solo en condiciones especiales. Por ejemplo, dentro de cadenas unidimensionales de átomos que están muy cerca uno del otro (esto sucede a menudo en los nanotubos de carbono).

Quiero señalar de inmediato que el electrón no se desintegra en absoluto en estas partículas de la misma manera que un protón o neutrón en quarks. Es decir, incluso en nanotubos, no sucede que al interactuar con electrones de otros átomos ubicados cerca, un electrón específico (por conveniencia, imagínelo como una bola) caiga repentinamente en tres bolas más pequeñas. Además, uno de ellos retuvo la carga del electrón, el otro gira alrededor de su eje de la misma manera que el electrón (retuvo el espín), y el tercero se mueve en la misma órbita que el electrón (retuvo las interacciones orbitales).

De hecho, el electrón, por supuesto, no se desmorona en ninguna partícula. Simplemente, cuando se acercan entre sí dentro de la cadena unidimensional, los electrones de los átomos vecinos comienzan a interactuar entre sí de una manera especial. Y esta interacción puede describirse no sobre la base de las propiedades de los electrones mismos, sino imaginando que son llevados a cabo por tres partículas hipotéticas: el mismo holón, espín y orbitón. En particular, durante mucho tiempo se ha demostrado experimentalmente que en tales interacciones, los cambios en la carga no están relacionados con los cambios en el giro.

Pero, ¿cómo es esto posible? Imagine que los átomos están tan apretados que los electrones formaron el llamado cristal de Wigner, es decir, una estructura ordenada compacta como una red cristalina. En este caso, surgirán vibraciones colectivas de electrones en los nodos de esta red (como sucede con las partículas nodales de cualquier cristal). Pero estas oscilaciones irán necesariamente acompañadas de una transferencia de carga. En este caso, podemos hablar sobre la aparición de una cuasipartícula de holón.

Al mismo tiempo, los electrones en la cadena tienen un giro, y, en consecuencia, hay alguna interacción giro-giro entre ellos. Y dado que todos los electrones están cerca uno del otro, es lógico suponer que si volteamos uno de los espines, entonces la perturbación del espín correrá a lo largo de la cadena. Y no irá acompañado de una transferencia de carga. En este caso, estamos tratando con otra cuasipartícula: spinon.

De lo que estábamos hablando ahora es de un experimento mental realizado por físicos en los años 90 del siglo pasado. Pero fue posible lograr la aparición de spinon y holon en realidad no hace mucho tiempo, en 2006. Luego, un grupo de científicos dirigido por Kim Changyun de la Universidad de Yongsei en Seúl (República de Corea), Eli Rotenberg y Shen Zhi Xun de la Universidad de Stanford informaron la detección de señales espectrales claras de espones y holones en muestras unidimensionales de SrCuO2. Cabe señalar que esta sustancia es muy peculiar: por sus propiedades es más probable que sea un metal, pero al mismo tiempo este material no conduce electricidad debido a la constante interacción electrón-electrón. Entonces decidieron separar a spinon y holon allí.

La técnica de espectroscopía de fotoemisión ARPES de resolución angular utilizada por los físicos consistió en irradiar la muestra con rayos X, que causan la emisión de electrones (que también se conoce como efecto fotoeléctrico). Al medir la energía cinética de los electrones emitidos y los ángulos a los que vuelan, es posible calcular su velocidad y grado de dispersión. Esto a su vez da una imagen detallada del espectro de energía del electrón.

Y dado que se sabe que la eliminación de un electrón conduce a la formación de un "agujero" cargado positivamente, que transporta información sobre el giro y la carga, su formación debe registrarse. Esta formación muy "agujero" aparece como un pico único en el espectro ARPES. Si se produce la separación de carga y giro, el agujero se descompone en un espín y un holón, y aparecen dos picos en el espectro ARPES. Son estos dos picos que los científicos han registrado. Por lo tanto, se ha demostrado la posibilidad de la existencia independiente de un spinón y un holón.

Recientemente, otro grupo de físicos de Alemania, Suiza, Francia y los Países Bajos, bajo el liderazgo de la Sra. Justin Schlapp, pudo "separar" la órbita. El "conejo experimental" fue hecho por el mismo SrCuO2. Pero la técnica ya era diferente: la llamada dispersión de partículas inelástica (RIXS). Consistió en el hecho de que la muestra fue bombardeada con partículas rápidas. Esto llevó a los electrones a un estado excitado y, al mismo tiempo, los investigadores pudieron observar la ubicación y la configuración de sus espines.

Al medir los espines y los momentos angulares orbitales (caracteriza el movimiento de la partícula a lo largo del orbital alrededor del núcleo) de los electrones, los investigadores se dieron cuenta de que el orbitón y el espinón existen simultáneamente. El hecho es que los cambios en el giro y el momento angular orbital no coincidieron, lo que significa que el espín y el orbitón se mueven a lo largo de Sr2CuO3 a diferentes velocidades. Es decir, estas son cuasipartículas individuales.

Puedes comparar con la nube. Esto se debe al hecho de que los electrones poseen las propiedades de no solo partículas, "piezas" de materia, sino también propiedades. Las nubes electrónicas rodean el núcleo en capas y se ubican a distancias estrictamente definidas de él. Durante mucho tiempo, los científicos no pudieron explicar por qué los espacios entre el núcleo y los electrones están tan estrictamente definidos y por qué, en general, cada átomo con todas sus capas de electrones siempre tiene las mismas dimensiones. La respuesta a este acertijo también está relacionada, como resultó, con las propiedades de onda de los electrones, con el hecho de que todas las partes del átomo tienen sus lugares permanentes.

Pero no piense que los electrones están fijos para siempre en estos lugares. No, pueden saltar de un caparazón a otro. Suceden cosas asombrosas.

Si un electrón se aleja del núcleo, aumenta; si se acerca, disminuye. Este cambio en la energía no ocurre gradualmente, sino de repente, abruptamente. La energía se agrega o disminuye en ciertas porciones, que se llaman cuantos. Entonces, saltando más cerca del núcleo, el electrón libera un cuanto de energía, y para moverse más lejos del núcleo, por el contrario, debe llegar de algún lado, "absorber" un cuanto.

¿Qué son estos cuantos? Si ya leyó la historia "", probablemente notó que la luz es tanto ondas como partículas, que se llaman fotones. Aquí hay fotones: estos son cuantos de luz, es decir, las porciones más pequeñas de radiación.

Ahora debe haber sido más claro para usted lo que se mencionó brevemente en la historia sobre la luz, más claramente cómo se produce la radiación y la absorción de la luz. Saltando más cerca del núcleo, los electrones emiten luz. Y cuando una sustancia absorbe luz, saltan a órbitas más alejadas del núcleo. En este caso, los electrones se enriquecen con energía y la sustancia se calienta. Cuanto más enérgicamente se mueven los electrones, más a menudo hacen saltos, mayor es la temperatura corporal. Por eso, al absorber mucha luz, la sustancia se calienta más.

Cada sustancia tiene su propia distancia entre las capas de electrones y, por lo tanto, su propia magnitud de cuantos, su propia longitud de ondas de luz emitidas, es decir, su propio color de ondas de luz. Y, por lo tanto, cada sustancia absorbe mejor algunos rayos particulares: uno es rojo, el otro es verde y el tercero es ultravioleta invisible.

Los electrones no solo saltan de órbita en órbita, a veces están completamente separados del átomo. Por ejemplo, en un metal, todos los átomos dan parte de sus electrones "a una caldera común". Estos electrones libres se mueven entre átomos y transportan corriente eléctrica.

Finalmente, los electrones a veces incluso dejan su sustancia, luego pueden volar en el espacio a gran velocidad. Y aquí nuevamente se manifiesta la naturaleza compleja y contradictoria del electrón.

La pantalla del televisor se ilumina porque un haz de electrones se dirige hacia él desde el interior. Esta viga se puede bajar y subir, desplazada hacia la derecha o hacia la izquierda. Al mismo tiempo, los electrones se comportan como partículas que vuelan obedientemente exactamente donde se envían.

La misma corriente de electrones se moverá de manera muy diferente si se dirige dentro de la sustancia. Volando entre átomos o acercándose a ellos, esta corriente puede sortear obstáculos, como olas en el agua. El electrón, como siempre, es inestable: se ve como una partícula, luego como una onda. Depende del tamaño de los objetos entre los que se mueve. Un tubo de televisión es relativamente grande; un electrón es una partícula. La distancia entre los átomos de la materia es incomparablemente menor: allí el electrón es más como una onda.

Para obtener un flujo de electrones, es necesario, por ejemplo, calentar una sustancia, ya que el cátodo de una lámpara de electrones se calienta (esto se afirma en las historias "Radio" y ""). Esto significa que necesita gastar energía. Y a menudo es muy difícil arrancar un electrón de un átomo, porque esta energía es necesaria, porque los electrones se mantienen firmemente en el átomo.

Puedes preguntar: ¿qué los mantiene en el átomo? ¿Por qué no se van volando? Recuerde: tanto los electrones como el núcleo tienen cargas eléctricas y, además, no son lo mismo, sino diferentes: el núcleo tiene carga positiva y los electrones tienen carga negativa. Tal a diferencia, como se les llama, los cargos se atraen entre sí.

Un electrón es como una unidad de electricidad negativa; tiene la menor carga negativa posible. Si lees la historia "", verás cómo esta propiedad del electrón beneficia a las personas, y aprenderás cómo nació su nombre.

El contenido del articulo

ELECTRÓN,una partícula elemental con una carga eléctrica negativa, que es parte de todos los átomos y, por lo tanto, de cualquier sustancia ordinaria. Es la más ligera de las partículas cargadas eléctricamente. Los electrones están involucrados en casi todos los fenómenos eléctricos. En un metal, algunos de los electrones no están unidos a los átomos y pueden moverse libremente, de modo que los metales conducen bien la electricidad. En plasma, es decir El gas ionizado, los átomos cargados positivamente también se mueven libremente, pero tienen una masa mucho mayor, se mueven mucho más lentamente que los electrones y, por lo tanto, hacen una contribución menor a la corriente eléctrica. Debido a su pequeña masa, el electrón resultó ser la partícula más involucrada en el desarrollo de la mecánica cuántica, la teoría privada de la relatividad y su combinación: la teoría del campo cuántico relativista. Se cree que actualmente las ecuaciones son completamente conocidas que describen el comportamiento de los electrones en todas las condiciones físicas realistas. (Es cierto que resolver estas ecuaciones para sistemas que contienen una gran cantidad de electrones, como un medio sólido y un medio condensado, todavía está lleno de dificultades).

Todos los electrones son idénticos y obedecen las estadísticas de Fermi-Dirac. Esta circunstancia se expresa en el principio de Pauli, según el cual dos electrones no pueden estar en el mismo estado cuántico. Una de las consecuencias del principio de Pauli es que los estados de los electrones unidos más débiles, los electrones de valencia, que determinan las propiedades químicas de los átomos, dependen del número atómico (número de carga), que es igual al número de electrones en un átomo. El número atómico también es igual a la carga nuclear, expresada en unidades de carga protónica. mi. Otra consecuencia es que las "nubes" electrónicas que envuelven los núcleos de los átomos resisten su superposición, como resultado de lo cual la materia ordinaria tiene la propiedad de ocupar cierto espacio. Como se esperaba por una partícula elemental, el número de características básicas de un electrón es pequeño, a saber, la masa ( yo "0.51 MeV" 0.91 × 10 –27 g), carga (- mi "- 1,6CH 10 –19 C) y centrifugar (1/2 ћ »1/2 H 0.66 H 10 –33 J S, donde - constante de Planck hdividido por 2 pags) A través de ellos, todas las demás características del electrón se expresan, por ejemplo, el momento magnético (»1.001 metro3 »1.001CH 0.93CH 10 –23 J / T), con la excepción de dos constantes más que caracterizan la interacción débil de los electrones ( cm. abajo).

Las primeras indicaciones de que la electricidad no es una corriente continua, sino que se transporta en porciones discretas, se obtuvieron en experimentos de electrólisis. El resultado fue una de las leyes de Faraday (1833): la carga de cada ion es igual al múltiplo entero de la carga del electrón, ahora llamada carga elemental mi. El nombre "electrón" inicialmente se refería a esta carga elemental. J. Thomson descubrió un electrón en el sentido moderno de la palabra en 1897. Entonces ya se sabía que los "rayos catódicos" aparecen en un gas enrarecido, que llevan una carga eléctrica negativa y van del cátodo (electrodo con carga negativa) al ánodo (con carga positiva). electrodo). Al estudiar la influencia de los campos eléctricos y magnéticos en un haz de rayos catódicos, Thomson llegó a la conclusión: suponiendo que el haz consiste en partículas cuya carga no excede la carga elemental de iones mi, entonces la masa de tales partículas será miles de veces más pequeña que la masa del átomo. (De hecho, la masa de electrones es aproximadamente 1/1837 la masa del átomo más ligero, el hidrógeno.) Poco antes de eso, H. Lorenz y P. Zeeman ya habían obtenido evidencia de que los electrones son parte de los átomos: estudios del efecto de un campo magnético en los espectros atómicos (efecto Zeeman) demostró que para las partículas cargadas en un átomo, debido a la presencia de luz que interactúa con el átomo, la relación de carga a masa es la misma que estableció Thomson para las partículas de rayos catódicos.

El primer intento de describir el comportamiento de un electrón en un átomo está relacionado con el modelo del átomo de Bohr (1913). La idea de la naturaleza ondulatoria del electrón, presentada por L. de Broglie (1924) (y confirmada experimentalmente por K. Davisson y L. Jermer en 1927), sirvió de base para la mecánica ondulatoria desarrollada por E. Schrodinger en 1926. Al mismo tiempo, basada en el análisis de espectros atómicos por S. Gaudsmith y J. Uhlenbeck (1925) concluyeron que el electrón tiene un giro. La ecuación de onda estricta para un electrón fue obtenida por P. Dirac (1928). La ecuación de Dirac es consistente con la teoría particular de la relatividad y describe adecuadamente el espín y el momento magnético de un electrón (sin tener en cuenta las correcciones de radiación).

La ecuación de Dirac implicaba la existencia de otra partícula: un electrón positivo, o positrón, con la misma masa y espín que el electrón, pero con el signo opuesto de carga eléctrica y momento magnético. Formalmente, la ecuación de Dirac permite la existencia de un electrón con energía completa em 2 (em 2 es la energía en reposo del electrón), o Ј - em 2; La ausencia de transiciones radiativas de electrones a estados con energías negativas podría explicarse suponiendo que estos estados ya están ocupados por electrones, por lo que, de acuerdo con el principio de Pauli, no hay espacio para electrones adicionales. Si se elimina un electrón de este "mar" de electrones de Dirac con energías negativas, entonces el "agujero" electrónico resultante se comportará como un electrón cargado positivamente. El positrón fue descubierto en rayos cósmicos por K. Anderson (1932).

Según la terminología moderna, un electrón y un positrón son antipartículas en relación entre sí. Según la mecánica cuántica relativista, para partículas de cualquier tipo hay antipartículas correspondientes (la antipartícula de una partícula eléctricamente neutra puede coincidir con ella). Un solo positrón es tan estable como un electrón, cuya vida útil es infinita, ya que no hay partículas más ligeras con una carga de electrones. Sin embargo, en materia ordinaria, el positrón tarde o temprano se combina con el electrón. (Inicialmente, un electrón y un positrón pueden formar brevemente un "átomo", el llamado positronio, similar a un átomo de hidrógeno en el que el positrón desempeña el papel de un protón). Este proceso de conexión se denomina aniquilación de electrones-positrones; en él, la energía total, el momento y el momento angular se conservan, y el electrón y el positrón se convierten en gamma quanta, o fotones, generalmente dos de ellos. (Desde el punto de vista del "mar" de electrones, este proceso es la transición radiativa de un electrón a un llamado agujero, un estado desocupado con energía negativa). Si las velocidades del electrón y el positrón no son muy altas, entonces la energía de cada uno de los dos rayos gamma es aproximadamente igual em 2) Esta característica radiación de aniquilación permite la detección de positrones. Por ejemplo, dicha radiación se observó emanando del centro de nuestra galaxia. El proceso inverso de convertir la energía electromagnética en un electrón y un positrón se llama el nacimiento de un par electrón-positrón. Por lo general, un cuántico gamma de alta energía se "convierte" en tal par, volando cerca del núcleo atómico (el campo eléctrico del núcleo es necesario, ya que las leyes de conservación de energía y momento se violarían al convertir un solo fotón en un par electrón-positrón). Otro ejemplo es la descomposición del primer estado excitado del núcleo de 16 O, un isótopo de oxígeno.

La emisión de electrones se acompaña de uno de los tipos de radiactividad de los núcleos. Esta desintegración beta es un proceso debido a una interacción débil, en la cual un neutrón en el núcleo original se convierte en un protón. El nombre de la desintegración proviene del nombre "rayos beta", históricamente asignado a uno de los tipos de radiación radiactiva, que, como se descubrió más tarde, es un electrón rápido. La energía electrónica de esta radiación no tiene un valor fijo, porque (de acuerdo con la hipótesis presentada por E. Fermi) durante la desintegración beta, otra partícula sale volando: un neutrino, que se lleva parte de la energía liberada durante la transformación nuclear. El proceso básico es el siguiente:

Neutron® protón + electrón + antineutrino.

El electrón emitido no está contenido en el neutrón; La aparición de un electrón y un antineutrino es el "nacimiento de un par" de energía y carga eléctrica liberada durante una transformación nuclear. También hay una desintegración beta con la emisión de positrones, en la cual el protón en el núcleo se convierte en un neutrón. Transformaciones similares también pueden ocurrir como resultado de la absorción de electrones; el proceso correspondiente se llama A- capturar. Los electrones y los positrones se emiten durante la desintegración beta de otras partículas, como los muones.

Papel en ciencia y tecnología.

Los electrones rápidos se usan ampliamente en la ciencia y la tecnología modernas. Se utilizan para obtener radiación electromagnética, por ejemplo rayos X, como resultado de la interacción de electrones rápidos con la materia, y para generar radiación sincrotrón, que ocurre cuando se mueven en un campo magnético fuerte. Los electrones acelerados también se usan directamente, por ejemplo, en un microscopio electrónico o con energías más altas, para sondear núcleos. (En tales estudios, se descubrió la estructura de quark de las partículas nucleares). Los electrones y los positrones de energías súper altas se utilizan en los anillos de almacenamiento de positrones de electrones, instalaciones similares a los aceleradores de partículas elementales. Debido a su aniquilación, los anillos de almacenamiento permiten obtener partículas elementales con una masa muy grande con alta eficiencia.