Elektron

:*For den russiske tråleren, se [[«Elektron»]], for magnesiumlegeringen, se [[Elektron (legering)]].

*'Et elektron** er en [[Elementærpartikkel|elementær]] [[subatomær partikkel]] med en negativ [[elektrisk ladning]]. I et [[atom]] er [[atomkjerne|kjernen]] av [[proton]]er og [[nøytron]]er omgitt av elektroner i en [[elektronkonfigurasjon]]. Ordet ''elektron'' ble først brukt i [[1894]] og har sin opprinnelse i det [[Gresk språk|greske]] ordet ἤλεκτρον, som betyr ''[[rav]]''. [[Elektrostatisk ladning]] kan skapes ved å gni rav med dyreskinn. ''-on''-endelsen, som er felles for navnene på de fleste subatomære partiklene, ble brukt i analogi til ordet ''[[ion]]''.

Elektroner i bevegelse utgjør [[elektrisk strøm]] som kan brukes til å måle mange fysiske egenskaper. Elektrisk strøm over tid er en form for energi ([[elektrisitet]]) og utnyttes som en praktisk måte å utføre arbeid på.

Variasjoner i [[Elektrisk felt|elektriske felt]] som skapes ved varierende antall elektroner og forskjellige konfigurasjoner i atomer bestemmer de kjemiske egenskapene til [[element]]ene. Disse feltene spiller en grunnleggende rolle i [[kjemisk binding|kjemiske bindinger]] og [[kjemi]].

Hver gang vi har endret vår oppfatning av elektroners vesen, har grunnen vært lagt for ny [[teknologi]]. Den gangen elektroner ble oppfattet som små [[planet]]er i bane i et [[miniatyr]]-[[Planetsystem|solsystem]], oppfant man den [[Elektrisk motor|elektriske motor]], [[lyspære]]r og [[telefon]]en. Da man gikk over til å se på elektroner som utgangspunkt for [[stråling]], fikk man oppfinnelser med navn etter ''radiation'' ([[engelsk]] for «stråling»), slik som [[radar]] og [[radio]]. I foreløpig siste runde, der man har oppdaget elektronenes evne til å teleportere (forsvinne for å dukke opp igjen et helt annet sted), fikk vi [[datamaskin]]en.

== Elektroner i praksis ==

=== Klassifisering av elektroner ===

Elektronet hører til en familie av elementærpartikler kalt [[lepton]]er. Som andre små partikler, kan også elektronet oppføre seg som bølger; dette kalles [[bølge-partikkel dualiteten]]. Det kan vises at elektroner kan [[Interferens|interferere]] med hverandre, for eksempel i [[dobbeltspalteforsøk]]et.

**Positronet** er elektronets antipartikkel. Det har samme masse, men positiv ladning. Begrepet **negatron** blir noen ganger brukt for å referere til vanlige elektroner, slik at begrepet ''elektron'' kan brukes for å beskrive både positroner og negatroner, som foreslått av [[Carl David Anderson|Carl D. Anderson]]. Under vanlige omstendigheter, refererer ''elektron'' kun til den negativt ladde partikkelen.


=== Elektronets egenskaper og oppførsel ===

Elektroner har en negativ [[elektrisk ladning]] på −1.6&nbsp;×&nbsp;10<small><sup>−19</sup></small>&nbsp;[[coulomb]], og en masse på 9,11&nbsp;×&nbsp;10<small><sup>−31</sup></small>&nbsp;kg (0.51 [[MeV]]/c<sup>2</sup>), som er omtrent <sup>1</sup>&#8260;<sub>1836</sub> av protonets masse. Elektronet er vanligvis representert som **e−*'.

Elektroner (og ladning generelt) i bevegelse kalles [[elektrisk strøm]]. De fleste elektroner på jorden finnes bundet i [[atom]]er. Disse kan som regel ikke bevege seg fritt, siden de fleste stoffer er isolatorer. Derimot kan ledningselektronene i [[metall]]er bevege seg fritt mellom atomene/molekylene, og metaller er dermed [[elektrisk leder|elektriske ledere]]. Elektroner kan også bevege seg samlet gjennom [[vakuum]] som en [[elektronstråle]]. Elektroner i metaller og andre ledere ligger ikke i ro. De beveger seg i alle frie retninger og med forskjellige hastigheter. Denne aktiviteten stiger proporsjonalt med den absolutte [[temperatur]]en. Statistisk sett er det ingen netto bevegelse, her går ingen netto strøm. Disse tilfeldige bevegelsene er årsaken til støy i elektroniske komponenter.

Elektroner i bevegelse har et sirkulært [[magnet]]felt som står på tvers av bevegelsesretningen. Dette kan enkelt demonstreres ved å holde en magnet inntil en [[bilderør]]skjerm, slik at bildet avbøyes (vris) sirkulært rundt magneten. Elektronets magnetiske egenskaper utnyttes blant annet i spoler, såkalte [[elektromagnet]]er. Ved å [[induksjon|indusere]] en elektronstrøm i en [[superleder]], får man en supersterk magnet.

Statisk elektrisitet er ikke en strøm av elektroner. Statisk elektrisitet henviser til et legeme som har flere eller færre elektroner enn det som skal til for å balansere atomkjernenes positive ladning. Når det er overflødige elektroner, sies objektet å være negativt ladet. Når det er færre elektroner enn protoner, sies objektet å være positivt ladet. Når antall elektroner og protoner er likt, sies objektet å være elektrisk nøytralt.

Elektronet er en [[elementærpartikkel]]&mdash; det betyr at det ikke har noen [[substruktur]] (i hvert fall har ikke eksperimenter funnet noen så langt, og det er god grunn til å tro at det ikke finnes noen). Derfor blir elektronet vanligvis beskrevet som [[punkt]]-liknende, dvs. uten romlig utstrekning. Samtidig er det omgitt av en sky av virtuelle partikler, som regnes som en del av selve elektronet. Denne skyen har en romlig utstrekning. Hvis en kommer veldig nært et elektron, merker en at dets egenskaper ([[ladning]] og [[masse]]) tilsynelatende forandrer seg. Dette er en effekt felles for alle elementærpartikler: Partikkelen har en innflytelse på [[vakuumfluktuasjon]]ene i nærheten, slik at egenskapene en observerer fra langt unna, er summen av egenskapene og vakuumeffektene (se [[renormalisering]]). Elektroner og positroner kan [[tilintetgjøring|tilintetgjøre]] hverandre og produsere to [[foton]]er, og omvendt. To fotoner med høy energi kan omdannes til ett elektron og ett positron i en prosess som kalles [[parproduksjon]].

Elektronet har [[spinn]] ½, som medfører at det er et [[fermion]], dvs., oppfyller [[Fermi-Dirac statistikken]]. Som konsekvens av dette kan to elektroner aldri kan være i samme kvantetilstand ([[pauliprinsippet]]).

Elektroner kan enten være bundne eller frie.

Bundne elektroner finner vi f.eks. i atomer hvor tiltrekningen fra atomkjernen er sterk nok til å binde elektronene. Et bundet elektron vil til enhver tid være i en kvantetilstand karakterisert ved [[energi]], [[angulært moment]] og [[spinn]], hvor verdien til disse ifølge [[kvantemekanikk]]en er [[kvantisert]], dvs. de kan bare ta visse verdier. De lovlige tilstandene til energi, angulært moment og spinn definerer det [[periodiske system]]. Bundne elektroner lar seg ikke beskrive klassisk, men til gjengjeld gir kvantemekanikken en meget god beskrivelse. 
Det er en fysisk konstant kalt den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]], med en verdi på 2.8179&nbsp;×&nbsp;10<sup>−15</sup> [[Meter|m]]. Merk at dette er radiusen som en kan slutte fra dets ladning hvis fysikken kun er beskrevet med den [[klassisk elektromagnetisme|klassiske]] teorien om [[elektrodynamikk]] og ikke [[kvantemekanikk]] (dermed er dette et utdatert konsept som likevel noen ganger er nyttig i utregninger).
Andre typer tiltrekninger kan også binde elektroner, f. eks. magnetfelt (såkalt [[Landau-kvantisering]]) og gjennom gitterviberasjoner ([[fononer]]) i et krystallgitter, noe som gir opphav til [[superleder|supraledning]].

Frie elektroner finner vi i vakuum og som frie ledningselektroner i metaller. Frie elektroner kan i motsetning til de bundne ha vilkårlige verdier for kvantetilstandene [[energi]] og [[angulært moment]]. Dette ligger dermed nærmere bildet av klassiske partikler.

Et resultatet fra kvantemekanikken er at elektronets nøyaktige bevegelsesmengde og posisjon kan ikke samtidig bestemmes. Dette er en begrensning beskrevet av [[Heisenbergs uskarphetsrelasjon]], som sier at jo mer nøyaktig vi kjenner posisjon til en partikkel, dess mindre nøyaktig kan vi kjenne partikkelens bevegelsesmengde, og omvendt.

Elektronets fart i vakuum kan nærme seg, men vil aldri nå, *c*, [[lyshastigheten]] i vakuum. Dette er en virkning av [[spesiell relativitetsteori]]. Spesiell relativitetsteori er basert på en størrelse kjent som gamma eller [[Lorentz faktor]]en. Gamma er en funksjon av *v*, partikkelens hastighet, og *c*. Det følgende er en formel for gamma:

:<math>\gamma = 1 / \sqrt{1 - (v^2/c^2)}</math>

Energien som skal til for å akselerere en partikkel er gamma minus en ganget med hvilemassen. For eksempel, den [[linær akselerator|lineære akseleratoren]] ved [[Stanford University|Stanford]] kan [http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html akselerere]  et elektron til omtrent 51 [[GeV]]. Dette gir en gamma på 100 000 gitt at hvilemassen av et elektron er 0.51 [[MeV]]/c² (den [[relativistisk masse|relativistiske massen]] av dette hurtige elektronet er 100 000 ganger dets hvilemasse). Ved å løse likningen ovenfor for elektronets fart får vi:

:<math>(1-\frac {1} {2} \gamma ^{-2})c</math> = 0.999&nbsp;999&nbsp;999&nbsp;95&nbsp;c.

(Denne formelen gjelder for store verdier av γ.)

=== Elektroner i universet ===

Trolig finnes det minst 10<sup>79</sup> elektroner i det kjente [[universet]]. Dette antallet tilsvarer en tetthet på cirka et elektron per [[kubikkmeter]] i rommet.

Basert på den [[klassisk elektronradius|klassiske elektronradiusen]] og ved å anta en tett [[sfæreinnpakkning]], kan det regnes at antallet elektroner som vil passe i det [[synlige univers]] være på mengden 10<sup>130</sup>. Selvfølgelig er dette tallet enda mindre meningsfullt enn den klassiske elektronradiusen selv.

=== Elektroner i industri ===

[[Elektronstråle]]r brukes i [[Elektronstrålesveising|sveising]] så vel som i [[Elektronstrålelitografi|litografi]].

== Elektroner på laboratoriet ==

=== Grunnleggende eksperimenter ===

Det at ladning er kvantisert ble observert av [[Robert Millikan]] i [[Oljedråpeeksperimentet]] i [[1909]].

=== Bruk av elektroner på laboratoriet ===
[[Elektronmikroskop]] brukes til å forstørre detaljer opptil 500&nbsp;000 ganger. Elektronenes kvantevirkninger brukes i [[Scanning tunneling mikroskop]] til å studere kjennetegn på atomnivået.

== Elektroner i teori ==

I [[kvantemekanikk]], beskrives elektronet av [[Dirac-ligning]]en. I [[Standardmodell]]en for [[partikkelfysikk]], former det en doublet i SU(2) med [[elektron nøytrin]]et, da disse vekselvirker gjennom [[svak vekselvirkning]]. Elektronet har enda to enorme partnere, med samme ladning, men annen masse: [[myon]]et og [[Tau (elementærpartikkel)|tau]]-leptonet.

[[Antimaterie]] motstykket til elektronet er dets antipartikkel, positronet. Positronet har like stor elektrisk ladning som elektronet, bortsett fra at ladningen er positiv. Det har samme masse og spinn som elektronet. Når et elektron og et positron møtes kan de [[annihilere]] hverandre, og gi opphav til to [[gammastråle]]-fotoner, hver med energi på 0.511 [[MeV]] (511 [[keV]]). Se også [[Elektron-positron-annihilering]].

Elektroner er også et nøkkelelement i [[elektromagnetisme]], en tilnærmet teori som nøyer seg for makroskopiske systemer.

== Historie ==

Elektronet som en enhet for ladning i elektrokjemien ble foreslått av [[G. Johnstone Stoney]] i [[1874]]. Han oppfant også selve ordet elektron i [[1894]].

Elektronet ble oppdaget av [[Joseph John Thomson]] i [[1897]] i [[Cavendish Laboratory]] ved [[University of Cambridge]] i forbindelse med en undersøkelse av det man kalte «[[katodestråler]]», som egentlig er elektronstråler. Med innflytelse fra [[James Clerk Maxwell]], og oppdagelsen av [[røntgenstråle]]r, sluttet han [[Cathode ray tube|katodestrålenes]] eksistens og at de var negativt ladde «*partikler*», som han kalte «*korpuskler*». Han publiserte sin oppdagelse i [[1897]].

[[Periodeloven]] sier at elementenes kjemiske egenskaper stort sett gjentar seg selv periodisk, og er grunnlaget for [[periodetabellen]]. Loven ble først forklart ved [[atommasse]]ne til elementene. Men fordi det fantes enkelte anomalier i tabellen, lette man etter en bedre forklaring. I [[1913]] introduserte [[Henry Moseley]] konseptet [[atomtall]], og forklarte periodeloven gjennom antallet protoner hvert av elementene har. Samme året viste [[Niels Bohr]] at elektroner er det egentlige fundamentet i tabellen. II [[1916]] forklarte [[Gilbert Newton Lewis]] og [[Irving Langmuir]] elementenes kjemiske bindinger ved elektronenes vekselvirkninger.

== Se også ==

* [[Standardmodell]]
* [[Elementærpartikkel]]
* [[Subatomær partikkel]]
* [[Proton]]
* [[Positron]]
* [[Nøytron]]
* [[Fotoelektrisk effekt]]
* [[Lyn (naturfenomen)|Lyn]]
* [[Katodestråler]]
* [[Elektrisitet]]
* [[Fermion felt]]
* [[Galvanisk skille]]

== Referanser ==
<references />

== Litteratur ==
* 
* 
* Brumfiel, G. ([[6. januar]] [[2005]]). Can electrons do the splits? I *Nature, 433*, 11.

== Eksterne lenker ==
* [http://www.aip.org/history/electron/ Elektronets oppdagelse]  fra The American Institute of Physics History Center
* [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group]
* Stoney, G. Johnstone, «*Om 'Elektronet,' eller Elektrisitetens Atom''». Philosophical Magazine. Serie 5, Volum 38, s. 418-420 Oktober 1894.
* Eric Weisstein's World of Physics: Elektron