Elektronas

Istorija

Graikiškai elektron (ήλεκτρον) reiškia gintarą; senovės graikai pastebėjo, jog gintarą patrynus sausa medžiaga šis pritraukia labai smulkias daleles. Šiuolaikinėje fizikoje šio reiškinio priežastis yra žinoma ir tai vyksta dėl įkrovos sukūrimo. XIX a. mokslininkai pirmąją atrastą, įkrovą nešančią dalelę pavadino graikišku žodžiu elektronas.
XIX a. pabaigoje daugelis fizikų postulavo, kad elektros srovė gali būti sudaryta iš diskrečių elementų, kurie buvo vadinami įvairiais pavadinimais, tarp jų ir elektronais. Kad elektronas yra subatominė dalelė 1897 m. tyrinėdamas katodinių spindulių kolbas atrado J. J. Thomson. Katodinių spindulių kolba yra hermetiškai uždarytas stiklinis cilindras, kuriame yra įtaisyti du elektrodai atskirti vakuumu. Prie elektrodų prijungus įtampą, yra generuojami katodiniai spinduliai. Eksperimentuodamas Thomson atrado, kad neigiamas krūvis negalėjo būti atskirtas nuo spindulių (panaudojant magnetinį lauką), ir kad spindulių kryptis galėjo būti keičiama elektriniu lauku. Jis padarė išvadą, kad šie spinduliai buvo ne bangos, bet srautas neigiamo krūvio dalelių, kurias jis pavadino „korpuskulėmis“. Jis išmatavo, kad jų masės ir krūvio santykis buvo daugiau nei tūkstantį kartu mažesnis nei vandenilio jonų, vadinasi, „korpuskulės“ buvo arba labai didelio krūvio, arba labai mažos masės. Vėlesni kitų mokslininkų atlikti eksperimentai patvirtino pastarąją išvadą. 1909 m. Robert Millikan išmatavo elektrono krūvį.
Periodinės elementų lentelės pagrindas yra teiginys, kad cheminės elementų savybės periodiškai kartojasi. Pradžioje tai buvo aiškinama elementų atomine mase. Tačiau, kadangi periodinėje lentelėje buvo anomalijų, buvo ieškoma geresnio paaiškinimo. 1913 m. Henry Moseley įvedė atominio numerio savoką ir paaiškino elementų cheminių savybių periodiškumą per kiekvieno elemento protonų skaičių. Tais pačiais metais Nilsas Boras parodė, kad tikrasis lentelės pagrindas yra elektronai. 1916 m. Gilbert Newton Lewis paaiškino elementų cheminius ryšius per elektronų sąveiką.

Klasifikacija

Elektronas priklauso subatominių dalelių klasei vadinamai leptonais, kurie yra laikomi fundamentaliomis dalelėmis, t. y. tokiomis, kurios nebeturi smulkesnės vidinės sandaros.
Kaip ir visos dalelės, elektronai gali pasižymėti ir banginėmis savybėmis. Tai vadinamasis bangos-dalelės dualizmas, kuris gali būti pademonstruotas dvigubo plyšio eksperimentu.
Elektrono antidalelė yra pozitronas, kuris turi tokią pačią masę, bet teigiamą, o ne neigiamą krūvį. Pozitrono atradėjas, Carl D. Anderson, pasiūlė paprastus elektronus vadinti negatronais, o elektroną naudoti kaip bendrą terminą tiek teigiamo, tiek neigiamo krūvių variantams vadinti. Tačiau tokia vartosena niekada nepaplito ir šiandien yra sutinkama retai.

Visatoje

Mokslininkai mano, kad žinomoje visatoje elektronų skaičius siekia bent 10⁷⁹. Šis skaičius atitinka maždaug vieno elektrono kubiniame metre erdvės vidutinį tankį. Astronomai yra nustatę, kad 90 % visos stebimos medžiagos visatoje yra vandenilis, kuris yra sudarytas iš vieno elektrono ir vieno protono.

Pramonėje

Elektronų spinduliai yra naudojami suvirinimui, litografijai ir mikroskopuose.
Jie taip pat yra elektroninių vamzdžių esminis elementas, kurie yra plačiai naudojami vaizdavimo įrenginiuose laboratoriniuose instrumentuose, kompiuterių monitoriuose ir televizoriuose.

Laboratorijoje

Elektroniniai mikroskopai yra naudojami vaizdo padidinimui iki 500000 kartų. Kvantiniai elektronų efektai yra panaudojami skenuojančiuose tuneliniuose mikroskopuose tirti savybes atominiuose matmenyse.

Teorija

Reliatyvistinėje kvantinėje mechanikoje, elektronas yra aprašomas Dirako lygtimi. Dirako modelyje elektronas yra apibrėžtas kaip matematinis taškas, taškinė dalelė turinti krūvį apsupta daugybės sąveikaujančių virtualių dalelių ir antidalelių porų. Iš šio modelio gaunamas elektrono giromagnetinis santykis labai gerai sutampa su eksperimentiškai nustatyta verte, tai yra laikoma vienu iš didžiausių moderniosios fizikos pasiekimų.
Standartiniame modelyje elektronas yra pirmosios kartos leptonas. Elektronas yra labai panašus į kitas dvi sunkesnes aukštesnių kartų daleles, miuoną ir tau leptoną, kurios yra identiškos krūviu, sukiniu ir fundamentaliomis sąveikomis, bet skiriasi mase.