Electron

Electron, đôi khi cũng được gọi là điện tử, là một hạt hạ nguyên tử, ký hiệu là hay , mà điện tích của nó bằng trừ một điện tích cơ bản. Các electron thuộc về thế hệ thứ nhất trong họ các hạt lepton, và nói chung được coi là những hạt cơ bản bởi vì chúng không có các thành phần nhỏ hay cấu trúc con. Electron có khối lượng xấp xỉ bằng 1/1836 so với của proton. Các tính chất cơ học lượng tử của electron bao gồm giá trị mômen động lượng (spin) bằng một nửa đơn vị, biểu diễn theo đơn vị của hằng số Planck thu gọn, "ħ". Vì là một fermion, trong hệ cô lập không có hai electron nào có thể ở cùng một trạng thái lượng tử, như nội dung của nguyên lý loại trừ Pauli. Giống như tất cả các hạt cơ bản khác, electron thể hiện cả các tính chất của sóng và hạt: chúng có thể va chạm với các hạt khác và bị nhiễu xạ như ánh sáng. Các tính chất sóng của electron dễ dàng được quan sát thấy ở các thí nghiệm hơn so với những hạt khác ví dụ như neutron và proton bởi vì electron có khối lượng nhỏ hơn và do vậy có bước sóng de Broglie dài hơn ở cùng một mức năng lượng.

Electron có vai trò cơ bản ở nhiều hiện tượng vật lý, như điện, từ học, hóa học và độ dẫn nhiệt. Ngoài ra nó cũng tham gia vào tương tác hấp dẫn, điện từ và yếu. Vì một electron mang điện tích, bao xung quanh nó là điện trường, và nếu electron chuyển động tương đối với một người quan sát, nó sẽ cảm ứng một từ trường. Trường điện từ tạo ra bởi những nguồn khác sẽ ảnh hưởng đến chuyển động của hạt electron tuân theo định luật lực Lorentz. Electron phát ra hay hấp thụ năng lượng dưới dạng các photon khi chúng chuyển động gia tốc. Các thiết bị ở phòng thí nghiệm có khả năng bẫy từng electron đơn lẻ cũng như các electron plasma bằng sử dụng điện từ trường. Những kính thiên văn đặc biệt có thể phát hiện electron plasma trong không gian vũ trụ. Electron tham dự vào nhiều ứng dụng thực tiễn như điện tử học, hàn tia điện tử, ống tia âm cực, kính hiển vi điện tử, trị liệu bức xạ, laser electron tự do, máy dò khí ion hóa và máy gia tốc hạt.

Các tương tác có sự tham gia của những electron với các hạt khác là một trong những chủ đề nghiên cứu của hóa học và vật lý hạt nhân. Tương tác lực Coulomb giữa các proton mang điện dương bên trong hạt nhân nguyên tử và các electron mang điện âm ở orbital cấu thành lên nguyên tử. Sự ion hóa hay sự chênh lệch giữa số electron mang điện âm và hạt nhân mang điện dương làm thay đổi năng lượng liên kết của một hệ nguyên tử. Sự trao đổi hay chia sẻ các electron giữa hai hay nhiều nguyên tử là nguyên nhân chủ yếu tạo ra liên kết hóa học. Năm 1838, nhà triết học tự nhiên người Anh Richard Laming lần đầu tiên đã đặt ra khái niệm về một đại lượng điện tích không thể chia nhỏ hơn nhằm giải thích các tính chất hóa học của các nguyên tử. Nhà vật lý người Ireland George Johnstone Stoney sau đó đặt tên đại lượng điện tích này là 'electron' vào năm 1891, và sau đó J. J. Thomson cùng các cộng sự người Anh cuối cùng đã phát hiện ra electron có biểu hiện của một hạt cơ bản vào năm 1897. Electron cũng tham gia vào các phản ứng hạt nhân, như quá trình tổng hợp lên các hạt nhân nặng hơn trong các sao, mà chúng thường được gọi là các hạt beta. Electron cũng có thể được tạo ra trong phân rã beta từ các đồng vị phóng xạ và trong các va chạm năng lượng cao, như ở sự kiện các tia vũ trụ bắn phá bầu khí quyển. Phản hạt của electron được gọi là positron; nó có tính chất đồng nhất với electron ngoại trừ các tích như điện tích mang dấu ngược lại. Khi một electron va chạm với một positron, cả hai hạt bị hủy, tạo ra hai photon tia gamma năng lượng cao.