Էլեկտրոն

մինի
Էլեկտրոն (հին հունարեն՝ ἤλεκτρον), բացասական լիցք ունեցող կայուն տարրական մասնիկ, նյութի հիմնական կառուցվածքային միավորը։ Էլեկտրոններից է բաղկացած ատոմների էլեկտրոնային թաղանթը, որտեղ նրանց թիվն ու դիրքը որոշում են նյութի քիմիական հատկությունները։ Ազատ էլեկտրոնների շարժը որոշում է այնպիսի երևույթներ, ինչպիսին էլեկտրական հոսանքն է վակուումում և հաղորդիչներում։ Պրոտոնի լիցքը բացարձակ արժեքով հավասար է էլեկտրոնի լիցքին։

Էլեկտրոնների հանգստի զանգվածը 9.10956 × 10−28 գր է, իսկ լիցքը՝ 1.60219 × 10−19 կուլոն։ Էլեկտրոնի հակամասնիկը է, պոզիտրոնն է, որը դրական լիցք ունի։ Եթե հարմար պարագայում, մեկ էլեկտրոն և մեկ պոզիտրոն բախվեն իրար, երկու պոզիտրոնը ու էլեկտրոնը կվերանան և իրենց փոխարեն երկու ֆոտոն կարձակվի։ Այս ընթացքը կոչվում է էլեկտրոնի չեզոքացում (անիհիլացում), իսկ հայտնվող ֆոտոնները կոչվում են չեզոքացման ճառագայթում։

 Ձևավորումը 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Pair_production.png|alt=A photon approaches the nucleus from the left, with the resulting electron and positron moving off to the right|աջից|մինի|Էլեկտրոնի և պոզիտրոնի զույգ արտադրություն, որն առաջանում է ատոմային միջուկով ֆոտոնի մոտեցման հետևանքով։ Կայծակի խորհրդանիշը ներկայացնում է վիրտուալ ֆոտոնի փոխանակում, հետևաբար գործում է էլեկտրական ուժ։ Մասնիկների միջև անկյունը շատ փոքր է:
Մեծ պայթյունի տեսությունը ամենալայն ընդունված գիտական ​​տեսությունն է, որը բացատրում է Տիեզերքի էվոլյուցիայի վաղ փուլերը։ Էլեկտրոնները սպինը- ֆերմիոններից են և պատկանում են լեպտոնների ընտանաիքին։ Մեծ պայթյունի առաջին միլիվայրկյանում ջերմաստիճանը կազմում էր ավելի քան 10 միլիարդ կելվին, իսկ ֆոտոնները ունեին ավելի քան մեկ միլիոն էլեկտրոնվոլտ միջին էներգիա։ Այս ֆոտոնները բավականաչափ էներգետիկ էին, որ նրանք կարող էին փոխազդել միմյանց հետ՝ ձևավորելով էլեկտրոնների և պոզիտրոնների զույգեր: Նմանապես, պոզիտրոն-էլեկտրոն զույգերը ոչնչացրեցին միմյանց և արձակեցին էներգետիկ ֆոտոններ.

γ + γ ↔ e+ + e-

Էլեկտրոնների, պոզիտրոնների և ֆոտոնների միջև հավասարակշռությունը պահպանվել է Տիեզերքի էվոլյուցիայի այս փուլում։ 15 վայրկյան անցնելուց հետո, սակայն, տիեզերքի ջերմաստիճանը իջավ այն շեմից, որտեղ կարող էր տեղի ունենալ էլեկտրոն-պոզիտրոնների ձևավորում։ Փրկված էլեկտրոնների և պոզիտրոնների մեծ մասը ոչնչացրեցին միմյանց՝ արձակելով գամմա ճառագայթում, որը կարճ ժամանակով նորից տաքացրեց տիեզերքը։
Անորոշ պատճառներով, ոչնչացման գործընթացում մասնիկների քանակի ավելցուկ է եղել հակամասնիկների նկատմամբ։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր միլիարդ էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգի դիմաց գոյատևել է մոտ մեկ էլեկտրոն: Այս ավելցուկը համընկնում էր հակապրոտոնների նկատմամբ պրոտոնների ավելցուկին, որը հայտնի է որպես բարիոնի ասիմետրիա, որի արդյունքում տիեզերքի համար զուտ լիցքը զրոյական է։ Փրկված պրոտոններն ու նեյտրոնները սկսեցին մասնակցել միմյանց հետ ռեակցիաներին՝ գործընթացում, որը հայտնի է որպես նուկլեոսինթեզ՝ ձևավորելով ջրածնի և հելիումի իզոտոպներ՝ լիթիումի հետքերով։ Այս գործընթացը գագաթնակետին հասավ մոտ հինգ րոպե անց։ Ցանկացած մնացորդ նեյտրոն ենթարկվել է բացասական բետա քայքայման՝ մոտավորապես հազար վայրկյան կիսամյակի տեւողությամբ՝ այդ գործընթացում ազատելով պրոտոն և էլեկտրոն.

n → p+ + e- + 

Մոտավորապես հաջորդի համար 300 000–400 000 տարի ավելորդ էլեկտրոնները մնացին չափազանց էներգետիկ ատոմային միջուկների հետ կապվելու համար։ Հետևեց մի ժամանակաշրջան, որը հայտնի է որպես ռեկոմբինացիա, երբ ձևավորվեցին չեզոք ատոմները, և ընդարձակվող տիեզերքը դարձավ թափանցիկ ճառագայթման համար։

Մեծ պայթյունից մոտավորապես մեկ միլիոն տարի անց աստղերի առաջին սերունդը սկսեց ձևավորվել։ Աստղի ներսում աստղային նուկլեոսինթեզը հանգեցնում է ատոմային միջուկների միաձուլումից պոզիտրոնների արտադրությանը: Այս հականյութի մասնիկները անմիջապես ոչնչացվում են էլեկտրոնների հետ՝ արձակելով գամմա ճառագայթներ։ Զուտ արդյունքը էլեկտրոնների քանակի կայուն կրճատումն է և նեյտրոնների թվի համապատասխան աճը։ Այնուամենայնիվ, աստղերի էվոլյուցիայի գործընթացը կարող է հանգեցնել ռադիոակտիվ իզոտոպների սինթեզի։ Ընտրված իզոտոպները կարող են հետագայում ենթարկվել բացասական բետա քայքայման՝ միջուկից արտանետելով էլեկտրոն և հականեյտրինո։

Իր կյանքի վերջում մոտ 20-ից ավելի արեգակնային զանգված ունեցող աստղը կարող է գրավիտացիոն փլուզման ենթարկվել՝ ձևավորելով սև խոռոչ։ Համաձայն դասական ֆիզիկայի, այս հսկայական աստղային մարմինները գրավիտացիոն գրավչություն են գործադրում, որը բավականաչափ ուժեղ է, որպեսզի կանխի որևէ բան, նույնիսկ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը, որ փախչի Շվարցշիլդի շառավիղից։ Այնուամենայնիվ, ենթադրվում է, որ քվանտային մեխանիկական ազդեցությունները պոտենցիալ թույլ են տալիս Հոքինգի ճառագայթման արտանետումը այս հեռավորության վրա։ Ենթադրվում է, որ էլեկտրոնները (և պոզիտրոնները) ստեղծվել են այս աստղային մնացորդների իրադարձությունների հորիզոնում։
Երբ մի զույգ վիրտուալ մասնիկներ ստեղծվում են իրադարձությունների հորիզոնի մոտակայքում, պատահական տարածական դիրքավորումը կարող է հանգեցնել նրանցից մեկի արտաքին տեսքին. այս գործընթացը կոչվում է քվանտային թունելավորում։ Այնուհետև սև խոռոչի գրավիտացիոն պոտենցիալը կարող է էներգիա մատակարարել, որն այս վիրտուալ մասնիկը վերածում է իրական մասնիկի՝ թույլ տալով նրան տարածվել դեպի տարածություն։ Փոխարենը, զույգի մյուս անդամին տրվում է բացասական էներգիա, ինչը հանգեցնում է սև խոռոչի կողմից զանգված-էներգիայի զուտ կորստի։ Հոքինգի ճառագայթման արագությունը մեծանում է զանգվածի նվազման հետ՝ ի վերջո ստիպելով սև խոռոչը գոլորշիանալ, մինչև վերջապես այն պայթի։
Տիեզերական ճառագայթները բարձր էներգիայով տարածության միջով անցնող մասնիկներ են: Էներգետիկ իրադարձություններ այնքան բարձր, որքան արձանագրվել է 3.0 × 1020 Էվ։ Երբ այս մասնիկները բախվում են Երկրի մթնոլորտում նուկլեոնների հետ, առաջանում է մասնիկների հոսք, ներառյալ պիոնները։ Երկրի մակերեւույթից դիտվող տիեզերական ճառագայթման կեսից ավելին բաղկացած է մյուոններից։

 Դիտարկում 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Aurore_australe_-_Aurora_australis.jpg|alt=A swirling green glow in the night sky above snow-covered ground|աջից|մինի|Ավրորաները հիմնականում առաջանում են էներգետիկ էլեկտրոնների պատճառով, որոնք նստում են մթնոլորտ:
Էլեկտրոնների հեռահար դիտարկումը պահանջում է դրանց ճառագայթված էներգիայի հայտնաբերում։ Օրինակ, բարձր էներգիայի միջավայրում, ինչպիսին է աստղի պսակը, ազատ էլեկտրոնները ձևավորում են պլազմա, որը էներգիա է ճառագայթում Բրեմսստրահլունգի ճառագայթման շնորհիվ։ Էլեկտրոնային գազը կարող է ենթարկվել պլազմայի տատանումների, որոնք ալիքներ են, որոնք առաջանում են էլեկտրոնների խտության համաժամանակյա տատանումներից, և դրանք արտադրում են էներգիայի արտանետումներ, որոնք կարելի է հայտնաբերել ռադիոաստղադիտակների միջոցով։
Ֆոտոնի հաճախականությունը համաչափ է նրա էներգիային։ Երբ կապված էլեկտրոնն անցնում է ատոմի տարբեր էներգիայի մակարդակների միջև, այն կլանում կամ արտանետում է ֆոտոններ բնորոշ հաճախականություններով։ Օրինակ, երբ ատոմները ճառագայթվում են լայն սպեկտրով աղբյուրի կողմից, փոխանցվող ճառագայթման սպեկտրում հստակ մուգ գծեր են հայտնվում այն ​​վայրերում, որտեղ համապատասխան հաճախականությունը կլանում է ատոմի էլեկտրոնները։ Յուրաքանչյուր տարր կամ մոլեկուլ ցուցադրում է սպեկտրալ գծերի բնորոշ շարք, ինչպիսին է ջրածնի սպեկտրային շարքը։ Երբ հայտնաբերվում է, այս գծերի ամրության և լայնության սպեկտրոսկոպիկ չափումները թույլ են տալիս որոշել նյութի բաղադրությունը և ֆիզիկական հատկությունները։

Լաբորատոր պայմաններում առանձին էլեկտրոնների փոխազդեցությունները կարելի է դիտարկել մասնիկների դետեկտորների միջոցով, որոնք թույլ են տալիս չափել հատուկ հատկություններ, ինչպիսիք են էներգիան, սպինը և լիցքը։ Փոլի թակարդի և Փենինգի թակարդի զարգացումը թույլ է տալիս լիցքավորված մասնիկներին երկար ժամանակ պահել փոքր տարածքում։ Սա թույլ է տալիս ճշգրիտ չափել մասնիկների հատկությունները։ Օրինակ, մի օրինակում Penning թակարդն օգտագործվել է մեկ էլեկտրոն պարունակելու համար 10 ամիս ժամկետով։ Էլեկտրոնի մագնիսական մոմենտը չափվել է տասնմեկ թվանշանների ճշգրտությամբ, որը 1980 թվականին ավելի մեծ ճշգրտություն էր, քան ցանկացած այլ ֆիզիկական հաստատուն։
Էլեկտրոնի էներգիայի բաշխման առաջին տեսագրությունները նկարահանվել են Շվեդիայի Լունդ համալսարանի խմբի կողմից 2008թ. փետրվարին։ Գիտնականներն օգտագործել են լույսի չափազանց կարճ շողեր, որոնք կոչվում են ատտվայրկյանական իմպուլսներ, որոնք թույլ են տվել էլեկտրոնի շարժումն առաջին անգամ դիտարկել։

Պինդ նյութերում էլեկտրոնների բաշխումը կարելի է պատկերացնել անկյունային լուծված ֆոտոէմիսիոն սպեկտրոսկոպիայի միջոցով (ARPES)։ Այս տեխնիկան օգտագործում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտը՝ փոխադարձ տարածությունը չափելու համար՝ պարբերական կառուցվածքների մաթեմատիկական ներկայացում, որն օգտագործվում է սկզբնական կառուցվածքը պարզելու համար։ ARPES-ը կարող է օգտագործվել նյութի ներսում էլեկտրոնների ուղղությունը, արագությունը և ցրումը որոշելու համար։

 Պլազմային կիրառություններ 
 Մասնիկային ճառագայթներ 
մինի|ՆԱՍԱ-ի աերոդինամիկ թունելի փորձարկման ժամանակ տիեզերանավի մոդելը թիրախավորվում է էլեկտրոնների փնջով, որը մոդելավորում է իոնացնող գազերի ազդեցությունը վերադարձի ժամանակ:
Էլեկտրոնային փնջերը կիրառվում են եռակցման գործընթացներում։ Դրանք կարող են ապահովել մինչև 107 Վ·սմ-2 ինտենսիվություն՝ 0.1–1.3 մմ նեղ ֆոկուսային տրամագծով և, որպես կանոն, չեն պահանջում լցանյութ։ Այս եռակցման տեխնիկան պետք է իրականացվի վակուումային միջավայրում՝ կանխելու համար էլեկտրոնների փոխազդեցությունը գազային մոլեկուլների հետ, նախքան թիրախին հասնելը։ Այն կիրառելի է հաղորդիչ նյութերի միացման համար, որոնք այլ մեթոդներով եռակցման համար համարվում են անպիտան։

Էլեկտրոնային ճառագայթային լիտոգրաֆիան (EBL) միկրոմետրից փոքր լուծաչափերով կիսահաղորդչային կառուցվածքների փորագրման մեթոդ է։ Այս տեխնիկան սահմանափակվում է իր բարձր արժեքով, դանդաղ գործընթացով, ճառագայթի վակուումային աշխատանքի պահանջով, ինչպես նաև էլեկտրոնների՝ պինդ նյութերում ցրվելու միտումով։ Վերջին հանգամանքը սահմանափակում է լուծաչափը մինչև մոտ 10 նանոմետր։ Այդ պատճառով էլ EBL-ը հիմնականում կիրառվում է մասնագիտացված ինտեգրալ սխեմաների փոքրաքանակ արտադրության մեջ։

Էլեկտրոնային ճառագայթային մշակումը կիրառվում է նյութերի ճառագայթման միջոցով նրանց ֆիզիկական հատկությունները փոփոխելու, ինչպես նաև բժշկական ու սննդային նյութերի ստերիլիզացման նպատակով։ Էլեկտրոնային ճառագայթները կարող են հեղուկացնել կամ կիսահալեցնել ապակիները՝ առանց զգալի ջերմային բարձրացման անգամ ինտենսիվ ճառագայթման պայմաններում։ Օրինակ՝ ինտենսիվ ճառագայթումը կարող է մի քանի կարգով նվազեցնել մածուցիկությունը և աստիճանաբար նվազեցնել դրա ակտիվացման էներգիան։

Գծային մասնիկների արագացուցիչները ստեղծում են էլեկտրոնային փնջեր, որոնք կիրառվում են ճառագայթային թերապիայի ժամանակ՝ մակերեսային ուռուցքների բուժման համար։ Էլեկտրոնային թերապիան արդյունավետ է մաշկի վնասվածքների, օրինակ՝ բազալ բջջային քաղցկեղի բուժման մեջ, քանի որ էլեկտրոնների փունջը ներթափանցում է միայն սահմանափակ խորության՝ սովորաբար մինչև 5 սմ՝ 5-20 ՄէՎ միջակայքում գտնվող էներգիաների դեպքում։ Էլեկտրոնային փնջերը կարող են կիրառվել նաև՝ լրացնելով ռենտգենյան ճառագայթներով իրականացված բուժումները։

Մասնիկային արագացուցիչները օգտագործում են էլեկտրական դաշտեր՝ էլեկտրոններին և նրանց հակամասնիկներին՝ պոզիտրոններին, բարձր էներգիաներ հաղորդելու համար։ Այս մասնիկները, մագնիսական դաշտերի միջով անցնելիս, արձակում են սինխրոտրոնային ճառագայթում։ Ճառագայթման ինտենսիվության՝ մասնիկի սպինից կախվածությունը հանգեցնում է էլեկտրոնային փնջի բևեռացման՝ գործընթաց, որն անվանում են Սոկոլով-Տերնովի էֆեկտ։ Բևեռացված էլեկտրոնային փնջերը կարող են օգտակար լինել բազմաթիվ գիտափորձերի համար։ Սինխրոտրոնային ճառագայթումը նաև կարող է սառեցնել էլեկտրոնային փնջերը՝ նվազեցնելով մասնիկների իմպուլսի տարածումը։ Էլեկտրոնային և պոզիտրոնային փնջերը բախվում են, երբ մասնիկները արագացվում են մինչև անհրաժեշտ էներգիաներ։ Մասնիկային դետեկտորներն արձանագրում են ստացված էներգիայի արտանետումները, որոնք հետազոտության առարկա են մասնիկային ֆիզիկայի մեջ։

 Ծանոթագրություններ 

Կատեգորիա:Էլեկտրոն
Կատեգորիա:Լեպտոններ
Կատեգորիա:Ստանդարտ մոդել
Կատեգորիա:Տարրական մասնիկներ