Electron
Sự hình thành

Lý thuyết Vụ Nổ Lớn là lý thuyết khoa học được chấp nhận rộng rãi hiện nay miêu tả những giai đoạn ban đầu của sự tiến hóa của Vũ trụ. Ở những miligiây đầu tiên sau Vụ Nổ Lớn, nhiệt độ trên 10 tỷ kelvin và các photon có năng lượng trung bình trên một triệu electronvolt. Các photon này có đủ năng lượng mà khi tương tác với nhau có thể dẫn tới sự hình thành cặp electron và positron. Ngược lại, những cặp positron−electron hủy lẫn nhau và phát ra các photon năng lượng cao:
Trạng thái cân bằng giữa các electron, positron và photon được duy trì trong suốt giai đoạn này của sự tiến hóa Vũ trụ. Khi 15 giây trôi qua, tuy nhiên, nhiệt độ của Vũ trụ lúc này giảm xuống dưới ngưỡng cho phép hình thành cặp hạt electron−positron. Phần lớn các electron và positron tồn tại hủy lẫn nhau, giải phóng bức xạ gamma làm Vũ trụ nóng lên trong một thời gian ngắn.
Vì một lý do nào đó chưa được biết chắc chắn, trong suốt quá trình hủy cặp có sót lại một số lượng hạt nhiều hơn phản hạt vật chất. Cụ thể là có dư ra 1 electron tồn tại trong mỗi 1 tỷ cặp hạt electron−positron. Số lượng dư sót lại này bằng với số lượng proton còn dư từ quá trình hủy cặp hạt tương tự proton và phản proton, trong một điều kiện được gọi là bất đối xứng baryon, điều này mang đến tổng điện tích của toàn bộ Vũ trụ gần như bằng zero. Những proton và neutron còn dư lại bắt đầu tham gia vào các phản ứng với nhau—quá trình gọi là tổng hợp hạt nhân, tạo ra các đồng vị của hydro và heli, và một ít hạt nhân lithi. Các phản ứng này đạt đỉnh điểm vào khoảng thời gian ở sau năm phút. Bất kỳ neutron còn lại nào sẽ trải qua phản ứng phân rã beta âm với nửa thời gian sống bằng khoảng một nghìn giây, giải phóng ra một proton và một electron,
Trong khoảng 300.000–400.000 năm tiếp theo, lượng các hạt electron còn lại có năng lượng quá lớn để có thể liên kết vào các hạt nhân nguyên tử. Giai đoạn tiếp theo là sự tái kếp hợp electron vào hạt nhân, khi ấy các nguyên tử trung hòa được hình thành và sự giãn nở của vũ trụ làm cho vật chất trở lên trong suốt với bức xạ.
Gần một triệu năm sau Vụ Nổ Lớn, thế hệ các ngôi sao đầu tiên bắt đầu hình thành. Trong lòng một ngôi sao, dây chuyền phản ứng tổng hợp hạt nhân sao cho ra các sản phẩm trong đó có positron. Những hạt phản vật chất này ngay lập tức hủy với các electron, giải phóng tia gamma. Gộp chung lại số lượng hạt electron bị giảm dần, và tương ứng số lượng hạt neutron tăng lên. Tuy nhiên, trong quá trình tiến hóa sao cũng hình thành các sản phẩm là những đồng vị phóng xạ. Các đồng vị này có thể sau đó trải qua phân rã beta trừ, phát ra một electron và một phản neutrino từ hạt nhân. Một ví dụ là đồng vị cobalt-60 (60Co), mà phân rã thành nickel-60 (60Ni).
Cuối chu trình tiến hóa của chúng, một ngôi sao có khối lượng lớn hơn 20 lần khối lượng Mặt Trời đi đến kết cục suy sụp hấp dẫn để tạo thành một lỗ đen. Theo vật lý cổ điển, bên trong những ngôi sao khối lượng lớn này xuất hiện lực hút hấp dẫn đủ mạnh để ngăn bất kỳ thứ gì, kể cả bức xạ điện từ, thoát ra khỏi bán kính Schwarzschild. Tuy nhiên, các hiệu ứng của cơ học lượng tử cho phép có khả năng tồn tại bức xạ Hawking ở phạm vi khoảng cách này. Các electron (và positron) được cho là tạo ra ở chân trời sự kiện của những tàn dư sao.
Khi một cặp hạt ảo (như gồm một electron và một positron) được tạo ra tại biên giới của chân trời sự kiện, sự phân bố ngẫu nhiên trong vị trí của hạt có thể làm cho một trong hai hạt nằm ở bên trong chân trời sự kiện; mà quá trình này được gọi là sự xuyên hầm lượng tử. Thế năng hấp dẫn của lỗ đen có thể cấp năng lượng để biến một hạt ảo nằm bên ngoài chân trời sự kiện trở thành một hạt thực, cho phép nó bật phóng ra vào không gian. Đổi lại, hạt còn lại của cặp mang năng lượng âm và rơi về vùng kì dị lỗ đen, dẫn đến tổng cộng khối lượng−năng lượng của lỗ đen bị giảm đi. Tốc độ bức xạ Hawking tăng tiến khi khối lượng lỗ đen giảm dần, làm cho lỗ đen bốc hơi và cuối cùng là phát nổ.
Tia vũ trụ là những hạt chuyển động trong không gian với năng lượng cao. Các sự kiện năng lượng cao đến cỡ 3,0 × 1020 eV đã được ghi nhận. Khi những hạt này va chạm với các nucleon trong khí quyển Trái Đất, một trận mưa các hạt được tạo ra, bao gồm các pion. Hơn một nửa bức xạ vũ trụ được quan sát trên bề mặt Trái Đất có chứa các muon. Muon là một hạt loại lepton hình thành tại thượng tầng khí quyển sau quá trình phân rã của một pion.
Đến lượt muon, nó có thể phân rã thành electron hoặc positron.