Çfarë është një elektron? Në masë dhe të ngarkuar të një elektron

Elektron - një grimcë themelore, një nga ato që janë njësitë strukturore të materies. Sipas klasifikimit është një FERMION (grimcë me gjysmë-integral tjerr, të quajtur pas fizikani Enrico Fermi) dhe leptone (grimca me gjysmë-integer tjerr, nuk marrin pjesë në ndërveprim të fortë, një nga katër të mëdha në fizikë). Numri Baryon i elektroneve është zero, si dhe leptone tjera.

Deri kohët e fundit besohej se elektron - një elementare, që është e pandashme, e cila ka strukturën e një grimcë, por shkencëtarët kanë një opinion të ndryshëm sot. Çfarë është elektron në prezantimin e fizikës moderne?

Historia e emrit

Edhe në natyralistët e lashtë Greqi re se qelibar, para-rubbed me lesh, tërheq objekte të vogla, dmth ekspozitave pronat elektromagnetike. Emri i elektroneve marrë nga ἤλεκτρον greke, që do të thotë "qelibar". Termi sugjeruar George. Stoney në vitin 1894, edhe pse grimcë u zbulua nga J .. Thompson në 1897. Ajo ishte e vështirë për të gjetur shkaku i kësaj është masë e vogël dhe ngarkuar e elektroneve u bë për të gjetur një eksperiencë vendimtar. fotot e para të grimcave ishte Charles Wilson me një aparat të veçantë, e cila përdoret edhe në eksperimentet moderne dhe është quajtur për nder të tij.

Një fakt interesant është se një nga parakushtet për hapjen e një elektron është një thënie e Benjamin Franklin. Në 1749 ai zhvilloi hipotezën se Energjise Elektrike - një substancë materiale. Ajo është në veprat e tij janë përdorur për herë të parë terma të tilla si akuza pozitive dhe negative, shkarkimin kondensator, bateri dhe grimcat elektrike. Akuza specifik i elektroneve është konsideruar të jetë negative, dhe proton - pozitive.

Zbulimi i elektroneve

Në 1846, koncepti i një "atom i energjisë elektrike" është përdorur në veprat e tij, fizikani gjerman Wilhelm Weber. Maykl Faradey zbuluar termin "jon", i cili është tani, ndoshta, e dinë të gjithë ende në shkollë. Çështja e natyrës elektrike të përfshirë shumë dijetarëve të shquar të tilla si fizikan gjerman dhe matematikan Julius Plucker, Zhan Perren, Anglisht fizikanit Uilyam Kruks së, Ernest Rutherford dhe të tjerët.

Kështu, para se të Dzhozef Tompson përfunduar me sukses eksperimentin e tij të famshme dhe të provuar ekzistencën e një grimce më të vogël se një atom, në punën në terren e shumë shkencëtarëve dhe zbulimi do të ishte e pamundur, ata nuk e kanë bërë këtë punë kolosale.

Në vitin 1906, Dzhozef Tompson mori çmimin Nobel. Përvoja ishte si vijon: nëpër pllaka metalike paralele të fushës elektrike, katodë trarëve ray u miratuan. Atëherë ata do të kishte bërë të njëjtën mënyrë, por në një sistem spirale për të krijuar një fushë magnetike. Thompson zbuloi se kur një fushë elektrike shtrembëruar trarëve, dhe i njëjti është vërejtur me veprim magnetike, megjithatë trarëve katodë ray trajektore nuk ndryshohet nëse ata vepruan të dyja këto fusha në përmasa të caktuara, të cilat varen nga shpejtësia grimcave.

Pas llogaritjeve Thompson mësuar se shpejtësia e këtyre grimcave është dukshëm më e ulët se shpejtësia e dritës, dhe kjo do të thotë se ata kanë masë. Nga kjo pikë e fizikës kanë ardhur për të besuar se grimcë hapur përfshirë çështje në atomet që pas konfirmuar nga Rutherford. Ai e quajti atë "një model planetar i atomit."

Paradokset e botës kuantike

Pyetja se çfarë përbën një elektron komplikuar mjaft, të paktën në këtë fazë të zhvillimit të shkencës. Para se të marrë parasysh atë, ju duhet të kontaktoni një nga paradokset e fizikës kuantike se edhe shkencëtarët nuk mund ta shpjegoj. Kjo është e famshme eksperimenti dy-çarë, duke shpjeguar natyrën e dyfishtë të elektroneve.

Thelbi i saj është që para se të "armë", qitjes e grimcave, i vendosur kornizë me hapje vertikale drejtkëndëshe. Prapa saj është një mur, në të cilën do të respektohen gjurmë të hitet. Pra, ju së pari duhet të kuptoni se si çështje sillet. Mënyra më e lehtë për të parë se si për të filluar topat makinë tenisi. Pjesë e rruaza të bien në vrimë, dhe gjurmët e rezultateve të murit në shtuar në një grup të vetëm vertikal. Në qoftë se në një distancë të caktuar për të shtuar një tjetër njëjtat gjurmë vrimë do të formojnë, respektivisht, dy grupe.

Valët gjithashtu sillen ndryshe në një situatë të tillë. Nëse muri do të tregojnë gjurmë të një përplasje me një valë, në rastin e një grupi të hapjes do të jetë edhe një. Megjithatë, gjërat janë duke ndryshuar në rastin e dy slits. Vala kaluar nëpër vrima, të ndara në gjysmë. Nëse maja e një valë të takohet në fund të një tjetër, ata të anulojë njëri-tjetrin, dhe modeli ndërhyrja (vija të shumta vertikale) do të shfaqet në mur. Vendin në kryqëzimin e valëve do të lënë një shenjë, dhe vendet ku nuk ishte shuarje të ndërsjellë, nr.

Zbulimi mahnitshme

Me ndihmën e eksperimentit të mësipërm, shkencëtarët në mënyrë të qartë mund të demonstrojë botës dallimin në mes kuantike dhe fizika klasike. Kur ata filluan qitjes elektroneve mur, zakonisht ndodh në një shenjë vertikale mbi të: disa grimca vetëm si një top tenisi ra në boshllëk, dhe disa jo. Por kjo ndryshoi të gjithë, kur ka pasur një vrimë të dytë. Në mur zbuloi modelin ndërhyrje! Fizika parë vendosi që elektronet të ndërhyjnë me njëri-tjetrin dhe vendosi të le ato një nga një. Megjithatë, pas disa orë (shpejtësia e elektroneve që lëvizin është ende shumë më e ulët se shpejtësia e dritës) përsëri filloi të tregojë një model ndërhyrje.

kthesë e papritur

Elektronike, së bashku me grimca të tjera të caktuara të tilla si fotone, shfaq një dualitet valë-grimcë (gjithashtu përdor termin "kuantike-valë dualizmit"). Si mace Shrodingerit që të dy të gjallë e të vdekur, shteti elektron mund të jetë edhe korpuskular dhe valë.

Megjithatë, hapi i ardhshëm në këtë eksperiment ka gjeneruar edhe më shumë mistere: a grimcë themelore, gjë që di çdo gjë, paraqiti një surprizë të pabesueshme. Fizikanët vendosin për të instaluar në vrima të Studimit pajisje të bllokohet, përmes të cilit çarë grimcë janë, dhe se si ata shfaqen si valët. Por, sa më shpejt që ajo ishte vënë mekanizmin monitorues në mur ka qenë vetëm dy bende që korrespondojnë me dy vrima, dhe asnjë model ndërhyrje! Sa më shpejt si "hijesh" pastruar, grimcë filloi përsëri të tregojnë pronat valë si në qoftë se ajo e dinte se ajo ishte tashmë askush nuk është shikuar.

një tjetër teori

Fizikanti Born sugjeroi se grimcë nuk do të kthehet në një valë të fjalë për fjalë. ELEKTRON "përmban" një valë e probabilitetit, se ajo i jep një model ndërhyrje. Këto grimca janë pronë e mbivendosje, që do të thotë se ata mund të jenë kudo në një probabilitet të caktuar, dhe për këtë arsye ata mund të shoqërohet me të tillë një "valë".

Megjithatë, rezultati është i qartë: prania e vëzhguesit ndikon në rezultatin e eksperimentit. Duket e pabesueshme, por kjo nuk është shembulli i vetëm në llojin e vet. eksperimente fizike janë kryer në një pjesë të madhe të nënës, pasi objekti i segmentit ishte fletë metalike prej alumini thinnest. Shkencëtarët kanë vënë në dukje se fakti i thjeshtë i disa matjeve të ndikojnë në temperaturën e objektit. Natyra e këtyre fenomeneve që shpjegojnë nuk është ende në fuqi.

strukturë

Por ajo që përbën elektron? Në këtë pikë, shkenca moderne nuk mund t'i përgjigjem kësaj pyetjeje. Deri kohët e fundit ajo u konsiderua si grimca pandashme themelore, por tani shkencëtarët janë të prirur të besojnë se ajo është e përbërë nga struktura edhe më të vogla.

Akuza specifik i elektroneve është konsideruar gjithashtu një bazë, por tani janë kuarket hapura me pagesë pjesshëm. Ka disa teori si për atë që përbën një elektron.

Sot ne mund të shohim artikullin, i cili thotë se shkencëtarët ishin në gjendje për të ndarë elektron. Megjithatë, kjo është vetëm pjesërisht e vërtetë.

eksperimente të reja

Shkencëtarët sovjetike mbrapa në vitet tetëdhjetë të shekullit të kaluar kanë supozuar se elektron mund të ndahet në tre quasiparticles. Në vitin 1996 ai arriti të ndajë atë në spinon Holoni dhe së fundi fizikanti Van den Brink dhe ekipi i tij u nda në spinon grimcë dhe orbiton. Megjithatë, ndarjen është e mundur për të arritur vetëm në rrethana të veçanta. Eksperimenti mund të kryhet në kushte të temperaturave jashtëzakonisht të ulëta.

Kur elektronet janë "cool" në zero absolute, e cila është rreth -275 gradë Celsius, ata pothuajse të ndaluar dhe forma mes tyre një lloj çështjeje, në qoftë se bashkimi në një grimcë të vetme. Në rrethana të tilla, dhe fizikantë mund të vëzhgojnë quasiparticles, e cila "është" një elektron.

transportuesit informacion

rrezja elektron është shumë e vogël, ajo është e barabartë me ^2.81794. 10 ^-13 cm, por kjo rezulton se përbërësit e tij kanë një madhësi shumë më të vogël. Secila nga tri pjesë, në të cilën ka arritur të "ndajë" elektron, mbart informacion në lidhje me të. Orbiton, si emri nënkupton, ajo përmban të dhëna mbi grimcë syrit valë. Spinon përgjegjës për rrotullim e elektron, dhe Holon na tregon për akuzën. Kështu, fizika veç e veç mund të vëzhgojnë shtete të ndryshme të elektroneve në një material ftohur me forcë. Ata arritën për të gjetur një palë "Holon-spinon" dhe "spinon-orbiton", por jo të të tre së bashku.

teknologjive të reja

Fizikan i cili zbuloi elektron duhej të prisnin disa dekada më parë, derisa zbulimi i tyre ka qenë i zbatuar në praktikë. Në ditët e sotme teknologjitë gjejnë përdorim në disa vjet, ajo është e mjaftueshme për të kujtuar Graphene - materiale të mahnitshme të përbërë nga atome karboni në një shtresë të vetme. Ndarja e elektroneve do të jetë e dobishme? Shkencëtarët parashikojnë se krijimi i një kompjuter kuantik, shpejtësia e të cilit, sipas tyre, disa dhjetëra herë më e madhe se ajo e kompjuterëve më të fuqishme të sotme.

Cili është sekreti i teknologjisë kuantike kompjuterike? Kjo mund të quhet një optimization të thjeshtë. Në kompjuter konvencional, pjesa minimale e pandashme e informacionit - një grimë. Dhe nëse kemi parasysh të dhënat me diçka vizuale, diçka për makinën vetëm dy opsione. Bit mund të përmbajë ose zero ose një, që është pjesë e një kodi binar.

Metoda e re

Tani le të imagjinojmë se në një grimë të përmbajtura dhe zero, dhe njësi - një "bit kuantike" ose "Cube". Roli i variablave të thjeshta do të luajë tjerr e elektronit (kjo mund të rrotullohen ose clockwise ose kundër akrepave të sahatit). Ndryshe bit Cube thjeshtë mund të kryejnë disa funksione në të njëjtën kohë, dhe për shkak të kësaj rritje do të ndodhë me shpejtësi, në masë të ulët elektron dhe të ngarkuar nuk janë të rëndësishme këtu.

Kjo mund të shpjegohet me shembullin e labirint. Për të marrë nga ajo, ju duhet të provoni një shumë të opcioneve të ndryshme prej të cilave vetëm një do të jetë e saktë. kompjuter tradicional edhe zgjidh problemet shpejt, por në një kohë mund të punojnë vetëm në një problem të vetëm. Ai numëron të gjitha mundësitë në një trakt, dhe në fund gjen një mënyrë për të dalë. Kompjuteri kuantik, në sajë të kyubita dual mund të zgjidhin shumë probleme njëkohësisht. Ai do të shqyrtojë të gjitha mundësitë nuk janë në përputhje, dhe në një moment të vetëm në kohë, dhe gjithashtu të zgjidhur problemin. Vështirësia është vetëm për aq sa është për të marrë një shumë punë në objektin kuantike - kjo do të jetë bazë për një brez të ri të kompjuterit.

kërkesë

Shumica e njerëzve përdorin një kompjuter në nivel të amvisërive. Me këtë punë të shkëlqyer deri më tani dhe PC konvencionale, por për të parashikuar ngjarje të veçanta mijëra, ndoshta qindra e mijëra variablave, makinë duhet të jetë thjesht e madhe. kompjuter kuantik si të lehtë të përballen me gjëra të tilla si parashikimin e motit për një muaj, trajtimin e fatkeqësisë dhe të dhënat e saj parashikim, dhe do të kryejnë llogaritje komplekse matematikore me variablat të shumta për një pjesë të një të dytë, të gjithë me një procesor të disa atome. Pra, kjo është e mundur, shumë shpejt kompjuterat tanë më të fuqishme janë letër-hollë.

qëndruar të shëndetshëm

teknologjia Quantum kompjuteri do të bëjë një kontribut të madh në mjekësi. Njerëzimi do të jetë në gjendje për të krijuar nanomachinery me potencial të fortë, me ndihmën e tyre, do të jetë e mundur, jo vetëm për të diagnostikuar sëmundjen nga thjesht duke kërkuar në të gjithë trupin nga brenda, por edhe për të siguruar kujdes mjekësor pa kirurgji: robots vogël me "trurin" e tjera se sa një kompjuter mund të kryejnë të gjitha operacionet.

Revolucioni i pashmangshëm në fushën e lojrave kompjuterike. makina të fuqishme që në çast mund të zgjidhë problemin, do të jetë në gjendje për të luajtur lojëra me grafikë tepër realiste, ajo nuk është larg tashmë dhe botëve kompjuter me një zhytje të plotë.