Elektroni

Elektroni  ( )

Todennäköisyyskuva yksittäisen elektronin sijainnista orbitaalin atomissa
Yhdiste perushiukkanen
Perhe Fermion
Ryhmä Lepton
Osallistuu vuorovaikutukseen gravitaatio [1] , heikko ja sähkömagneettinen
Antihiukkanen Positron
Paino

9,1093837015(28)⋅10 −31 kg [2] ,
0,51099895000(15) MeV [2] ,

5.48579909065(16)⋅10 -4 amu [2]
Elinikä ∞ (vähintään 6,6⋅10 28 vuotta [3] [4] )
kvanttiluvut
Sähkövaraus −1,602176634⋅10 −19  C [2]
baryonin numero 0
Leptonin numero +1
Pyöritä 1/2 ħ
Magneettinen momentti −9.2847647043(28)⋅10 −24 J / T [2]
Sisäinen pariteetti +1
Isotooppinen spin 0
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Elektroni ( toisesta kreikasta ἤλεκτρον  " meripihka " [5] ) on subatominen hiukkanen (merkitty symbolilla e−
tai β−
), jonka sähkövaraus on negatiivinen ja moduuliltaan yhtä suuri kuin yksi sähkövaraus [6] . Elektronit kuuluvat leptonihiukkasten ensimmäiseen sukupolveen [7] ja niitä pidetään yleensä perushiukkasina , koska niillä ei ole tunnettuja komponentteja tai alirakenteita [8] . Elektronin massa on noin 1/1836 protonin massasta [9] . Elektronin kvanttimekaanisiin ominaisuuksiin kuuluu puolikokonaislukuarvon omaava kulmamomentti ( spin ), joka ilmaistaan ​​pelkistetyn Planck-vakion ħ yksiköinä, mikä tekee niistä fermioneja . Tässä suhteessa kaksi elektronia ei voi olla samassa kvanttitilassa Paulin poissulkemisperiaatteen [7] mukaisesti . Kuten kaikilla alkuainehiukkasilla , elektroneilla on sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuuksia: ne voivat törmätä muihin hiukkasiin ja taipua kuten valo. Elektronien aalto-ominaisuudet on helpompi havaita kokeellisesti kuin muiden hiukkasten, kuten neutronien ja protonien, aalto-ominaisuudet, koska elektronien massa on pienempi ja siten suurempi de Broglien aallonpituus yhtäläisillä energioilla.

Elektroneilla on olennainen rooli monissa fysikaalisissa ilmiöissä, kuten sähkössä , magnetismissa , kemiassa ja lämmönjohtamisessa , ja ne osallistuvat myös gravitaatioon , sähkömagneettiseen ja heikkoon vuorovaikutukseen . Koska elektronilla on varaus, sitä ympäröi sähkökenttä , ja jos tämä elektroni liikkuu suhteessa tarkkailijaan, niin tarkkailija näkee myös magneettikentän . Muiden lähteiden synnyttämät sähkömagneettiset kentät vaikuttavat elektronin liikkeeseen Lorentzin lain mukaisesti . Elektronit emittoivat tai absorboivat energiaa fotonien muodossa liikkuessaan nopeammin. Laboratoriolaitteet pystyvät sieppaamaan yksittäisiä elektroneja sekä elektroniplasmaa sähkömagneettisten kenttien avulla. Erikoisteleskoopit tarkkailevat elektroniplasmaa ulkoavaruudessa. Elektroneja käytetään monissa sovelluksissa, kuten tribologiassa, elektrolyysissä, sähkökemiassa, akkutekniikassa, elektroniikassa , hitsauksessa , katodisädeputkissa , aurinkosähköissä, aurinkopaneeleissa, elektronimikroskoopeissa , säteilyhoidossa , lasereissa , perustuvissa ilmaisimissa ja hiukkaskiihdyttimissä .

Elektronien vuorovaikutukset muiden subatomisten hiukkasten kanssa ovat kiinnostavia kemiassa ja ydinfysiikassa . Atomiytimien sisällä olevien positiivisesti varautuneiden protonien ja negatiivisesti varautuneiden elektronien välinen Coulombin vuorovaikutus mahdollistaa atomien muodostamisen . Ionisaatio eli erot elektronien negatiivisen varauksen suhteissa verrattuna ytimien positiivisiin varauksiin muuttavat atomijärjestelmän sitoutumisenergiaa . Elektronien vaihto tai jakaminen kahden tai useamman atomin välillä on tärkein syy kemialliseen sitoutumiseen [10] . Vuonna 1838 brittiläinen luonnontieteilijä Richard Laming esitti ensimmäisen kerran hypoteesin sähkövarauksen jakamattomasta määrästä selittääkseen atomien kemiallisia ominaisuuksia [11] . Irlantilainen fyysikko George Johnston Stoney nimesi tämän varauksen "elektroniksi" vuonna 1891, ja J. J. Thomson ja hänen brittiläisten fyysikkojen ryhmänsä tunnistivat sen hiukkaseksi vuonna 1897 katodisädeputkikokeessa . Elektronit voivat myös osallistua ydinreaktioihin tähtien nukleosynteesissä , jossa ne tunnetaan beetahiukkasina . Elektroneja voi syntyä radioaktiivisten isotooppien beetahajoamisesta ja suurienergisista törmäyksistä, esimerkiksi kun kosmiset säteet tulevat ilmakehään. Elektronin antihiukkasta kutsutaan positroniksi ; se on identtinen elektronin kanssa, paitsi että siinä on positiivinen sähkövaraus . Kun elektroni törmää positroniin , molemmat hiukkaset voivat tuhoutua , jolloin syntyy gammasädefotoneja .

Historia

Sähkövoiman vaikutuksen löytö

Muinaiset kreikkalaiset huomasivat, että meripihka veti puoleensa pieniä esineitä, kun sitä hierottiin turkilla. Salaman ohella tämä ilmiö osoittautui yhdeksi ihmiskunnan varhaisimmista sähköisistä kokemuksista . Englantilainen tiedemies William Gilbert esitteli vuonna 1600 valmistuneessa tutkielmassaan De Magnete uuden latinan termin electrica kuvaamaan niitä aineita, joilla on meripihkan kaltaisia ​​ominaisuuksia ja jotka houkuttelevat pieniä esineitä kitkan jälkeen [12] . Sanat sähkö ja sähkö tulevat latinan sanasta electrum (myös saman nimen alloy juuri ), joka on johdettu kreikan sanasta meripihkaa ἤλεκτρον ( ēlektron ) [5] .

Kahdenlaisia ​​maksuja löydetty

1700-luvun alussa ranskalainen kemisti Charles Francois Dufay havaitsi, että jos varautunutta kultalevyä hylkii silkillä hierottu lasi, niin villalla hierottu meripihka vetää puoleensa samaa varautunutta kultalevyä. Tämän ja muiden vastaavien kokeiden tuloksista Du Fay päätteli, että sähkö koostuu kahdesta sähköisestä nesteestä : lasimaisesta lasikappaleesta, jota on hierottu silkillä, ja hartsimaisesta meripihkan nesteestä, jota hierotaan villalla. Nämä kaksi nestettä voivat neutraloida toisensa yhdistettynä [12] [13] . Amerikkalainen tiedemies Ebenezer Kinnersley tuli myöhemmin itsenäisesti samaan johtopäätökseen [14] :118 . Kymmenen vuotta myöhemmin Benjamin Franklin ehdotti, että sähkö ei tule erityyppisistä sähkönesteistä, vaan yhdestä sähkönesteestä, jossa näkyy ylimäärä (+) tai puute (-). Hän antoi heille nykyaikaisen positiivisten ja negatiivisten varausten nimikkeistön [15] . Franklin piti varauksenkantajaa positiivisena, mutta hän määritti väärin, missä tilanteessa varauksenkantajaa oli ylimäärä ja missä alijäämä [16] .

Vuosina 1838–1851 brittiläinen luonnontieteilijä Richard Laming kehitti ajatuksen, että atomi koostuu aineytimestä, jota ympäröivät subatomiset hiukkaset, joilla on sähkövarausyksikkö [17] . Vuodesta 1846 lähtien saksalainen fyysikko Wilhelm Eduard Weber ehdotti, että sähkö koostuisi positiivisesti ja negatiivisesti varautuneista nesteistä, ja niiden vuorovaikutusta säätelee käänteinen neliölaki . Tutkittuaan elektrolyysiilmiötä vuonna 1874 irlantilainen fyysikko George Stoney ehdotti, että siellä oli "yksi tietty määrä sähköä" - yksiarvoisen ionin varaus . Hän pystyi arvioimaan tämän alkuvarauksen e arvon Faradayn elektrolyysilakien avulla [18] . Stoney kuitenkin uskoi, että nämä varaukset ovat pysyvästi sitoutuneita ja erottamattomia atomeista. Vuonna 1881 saksalainen fyysikko Hermann von Helmholtz väitti, että sekä positiiviset että negatiiviset varaukset on jaettu alkuaineosiin, joista jokainen "käyttäytyy kuin sähköatomit" [11] .

Stoney loi termin " electrolyon " ensimmäisen kerran vuonna 1881. Kymmenen vuotta myöhemmin hän alkoi käyttää termiä elektroni kuvaamaan näitä alkuainevarauksia ja kirjoitti vuonna 1894: "...on tehty tosiasiallinen arvio tämän merkittävimmän sähkön perusyksikön arvosta, jota olen sittemmin uskaltanut tutkia. ehdota nimeä elektroni." Vuoden 1906 ehdotus siirtyä elektrioon ei saanut kiinni, koska Hendrik Lorenz päätti pitää nimen elektroni [19] [20] . Sana elektroni on yhdistelmä englannin sanoista electric ja ion [21] . -on-päätettä käytetään tällä hetkellä myös viittaamaan muihin subatomisiin hiukkasiin, kuten protoniin tai neutroniin [22] [23] .

Vapaiden elektronien löytäminen aineen ulkopuolelta

Tutkiessaan harvinaisten kaasujen sähkönjohtavuutta vuonna 1859 saksalainen fyysikko Julius Plücker huomasi, että katodin lähettämä säteily aiheutti fosforoivan valon ilmaantumisen putken seinämään katodin lähelle; ja säteilypistettä voidaan siirtää magneettikentän avulla [25] . Vuonna 1869 Plückerin oppilas Johann Wilhelm Gittorff huomasi, että katodin ja fosforoivan pinnan väliin sijoitettu kiinteä kappale loi varjon putken tälle alueelle. Gittorff ehdotti, että katodi emittoi suoria säteitä ja että fosforesenssi johtui putken seinille putoavista säteistä. Vuonna 1876 saksalainen fyysikko Eugen Goldstein osoitti, että säteet säteilevät kohtisuorassa katodin pintaan nähden, mikä erottaa ne hehkulampun valosta. Goldstein kutsui näitä säteitä katodisäteiksi [26] [27] :393 .

Englantilainen kemisti ja fyysikko Sir William Crookes kehitti 1870-luvulla ensimmäisen katodisädeputken , jonka sisällä oli suuri tyhjiö [28] . Sitten vuonna 1874 hän osoitti, että katodisäteet voivat kääntää pienen siipipyörän, kun se oli heidän tiellään. Siksi hän tuli siihen tulokseen, että säteet kantavat vauhtia. Lisäksi hän pystyi kohdistamalla magneettikentän taivuttamaan säteet osoittaen siten, että säde käyttäytyy kuin se olisi negatiivisesti varautunut [26] . Vuonna 1879 hän ehdotti selitystä näille havainnoille katsomalla katodisäteitä koostuvan negatiivisesti varautuneista kaasumaisista molekyyleistä aineen neljännessä tilassa, jossa hiukkasten keskimääräinen vapaa reitti on niin pitkä, että törmäykset voidaan jättää huomiotta [27] :394– 395 .

Saksalaissyntyinen brittiläinen fyysikko Arthur Schuster laajensi Crookesin kokeita asettamalla metallilevyt rinnakkain katodisäteiden kanssa ja kohdistamalla sähköpotentiaalin levyjen väliin [29] . Kenttä ohjasi säteet kohti positiivisesti varautunutta levyä, mikä taas osoitti, että säteet kantavat negatiivista varausta. Mittaamalla taipuman määrän tietyllä virtatasolla Schuster pystyi vuonna 1890 arvioimaan säteen komponenttien varaus-massasuhteen [a] . Tämä antoi kuitenkin arvon, joka oli yli tuhat kertaa odotettua suurempi, joten hänen laskelmiinsa ei tuolloin luotettu [26] . Tämä johtuu siitä, että varauksenkuljettajien oletettiin olevan paljon raskaampia vety- tai typpiatomeja [29] .

Vuonna 1892 Hendrik Lorenz ehdotti, että näiden hiukkasten (elektronien) massa voisi johtua niiden sähkövarauksesta [30] .

Tutkiessaan luonnollisesti fluoresoivia mineraaleja vuonna 1896 ranskalainen fyysikko Henri Becquerel havaitsi, että ne lähettävät säteilyä ilman ulkoista energialähdettä. Nämä radioaktiiviset materiaalit ovat olleet suuren kiinnostuksen kohteena tutkijoiden keskuudessa, mukaan lukien uusiseelantilainen fyysikko Ernest Rutherford , joka havaitsi niiden lähettävän hiukkasia. Hän nimesi nämä hiukkaset alfaksi ja betaksi niiden kyvyn perusteella tunkeutua aineeseen [31] . Vuonna 1900 Becquerel osoitti, että radiumin lähettämät beetasäteet poikkeavat sähkökentän vaikutuksesta ja että niiden massa-varaussuhde on sama kuin katodisäteiden [32] . Tämä todiste vahvisti käsitystä, että elektronit ovat osa atomeja [33] [34] .

Vuosikymmeniä kestäneellä kokeellisella ja teoreettisella tutkimuksella katodisäteitä käyttäen oli tärkeä rooli J. J. Thomsonin lopullisessa elektronien löydössä [11] . Vuonna 1897 Thomson yhdessä kollegoidensa John S. Townsendin ja H. A. Wilsonin suoritti kokeita, jotka osoittivat, että katodisäteet ovat todellakin uusia hiukkasia eivätkä aaltoja, atomeja tai molekyylejä, kuten aiemmin ajateltiin. Thomson antoi hyvät arviot sekä varauksesta e että massasta m ja havaitsi, että elektronisuihkuhiukkasilla, joita hän kutsui "soluiksi", oli ehkä tuhannesosa tunnetun vähiten massiivisen ionin: vetyionin massasta. . Hän osoitti, että niiden varaus-massasuhde, e / m , oli riippumaton katodimateriaalista. Hän osoitti lisäksi, että radioaktiivisten materiaalien, kuumennettujen materiaalien ja valaistujen materiaalien luomat negatiivisesti varautuneet hiukkaset olivat universaaleja [35] . Tiedeyhteisö otti näille hiukkasille nimen "elektroni", pääasiassa J. Fitzgeraldin , J. Larmorin ja H. A. Lorenzin [36] :273 tuen ansiosta . Samana vuonna Emil Wiechert ja Walter Kaufmann laskivat myös suhteen e / m , mutta he eivät tulkinneet tuloksiaan, kun taas J. J. Thomson myöhemmin vuonna 1899 antoi arvioita myös elektronin varaukselle ja massalle: e ~ 6, 8⋅ 10-10 Fr. _ ja m ~ 3⋅10 -26 g [37] [38] .

Amerikkalaiset fyysikot Robert Milliken ja Harvey Fletcher mittasivat elektronin varauksen vuoden 1909 öljypisarakokeessaan , jonka tulokset julkaistiin vuonna 1911. Tässä kokeessa käytettiin sähkökenttää kompensoimaan varautuneen öljypisaran putoaminen painovoiman vaikutuksesta. Niiden asennus mahdollisti sähkövarauksen mittaamisen 1 - 150 ionista alle 0,3 prosentin virheellä. Vertailukelpoisia kokeita teki aiemmin Thomsonin ryhmä käyttäen elektrolyysin tuottamia varautuneiden vesipisaroiden pilviä ja vuonna 1911 Abram Ioffe , joka itsenäisesti sai saman tuloksen kuin Millikan käyttämällä varautuneita metallimikrohiukkasia ja julkaisi sitten tulokset vuonna 1913 [39] . Öljypisarat olivat kuitenkin vakaampia kuin vesipisarat alhaisemman haihtumisnopeudensa vuoksi ja sopivat siksi paremmin pidempiaikaisiin tarkkuuskokeisiin [40] .

Noin 1900-luvun alussa kävi selväksi, että nopeasti liikkuva varautunut hiukkanen aiheuttaa tietyissä olosuhteissa ylikylläisen vesihöyryn tiivistymistä matkallaan. Vuonna 1911 Charles Wilson käytti tätä periaatetta kehittääkseen pilvikammionsa varautuneiden hiukkasten, kuten nopeasti liikkuvien elektronien, kuvaamiseen [41] .

Atomiteoria

Vuoteen 1914 mennessä fyysikkojen Ernest Rutherfordin , Henry Moseleyn , James Frankin ja Gustav Hertzin kokeet olivat suurelta osin vahvistaneet atomin rakenteen tiheäksi , positiivisesti varautuneeksi ytimeksi , jota ympäröivät pienemmän massaiset elektronit [42] . Tanskalainen fyysikko Niels Bohr väitti vuonna 1913, että elektronit ovat kvantisoidussa energiatilassa ja niiden energian määrää elektronin kiertoradan kulmamomentti ytimen ympärillä. Elektronit voivat liikkua näiden tilojen tai kiertoratojen välillä emittoimalla tai absorboimalla tietyntaajuisia fotoneja. Näillä kvantisoiduilla kiertoradoilla hän selitti tarkasti vetyatomin spektriviivat [ 43] . Bohrin malli ei kuitenkaan ottanut huomioon spektriviivojen suhteellista intensiteettiä eikä pystynyt selittämään monimutkaisempien atomien spektrejä [42] .

Kemialliset sidokset atomien välillä selitti Gilbert Newton Lewis , joka ehdotti vuonna 1916, että kovalenttista sidosta kahden atomin välillä ylläpitää jaettu elektronipari [44] . Myöhemmin, vuonna 1927, Walter Heitler ja Fritz London antoivat täydellisen selityksen elektroniparien muodostumisesta ja kemiallisesta sitoutumisesta kvanttimekaniikan kannalta [45] . Vuonna 1919 amerikkalainen kemisti Irving Langmuir kehitti Lewisin staattisen atomin mallin ja ehdotti, että kaikki elektronit jakautuvat peräkkäisiin "samankeskisiin (melkein) samanpaksuisiin pallomaisiin kuoriin" [46] . Hän vuorostaan ​​jakoi kuoret sarjaan soluja, joista jokainen sisälsi yhden parin elektroneja. Tällä mallilla Langmuir pystyi selittämään kvalitatiivisesti kaikkien jaksollisen taulukon alkuaineiden kemialliset ominaisuudet [45] , joiden tiedetään suurelta osin toistuvan jaksollisen lain mukaan [47] .

Vuonna 1924 itävaltalainen fyysikko Wolfgang Pauli huomasi, että atomin kuorirakenne voidaan selittää neljällä parametrilla, jotka määräävät kunkin kvanttienergiatilan, kunhan jokaisessa tilassa on korkeintaan yksi elektroni. Tämä useamman kuin yhden elektronin kielto samassa kvanttitilassa tuli tunnetuksi Paulin poissulkemisperiaatteena [48] . Hollantilaiset fyysikot Samuel Goudsmit ja George Uhlenbeck ehdottivat fyysistä mekanismia neljännen parametrin selittämiseksi, jolla oli kaksi eri mahdollista arvoa . Vuonna 1925 he ehdottivat, että elektronilla on kiertoradansa kulmamomentin lisäksi oma kulmamomenttinsa ja magneettinen dipolimomenttinsa [42] [49] . Tämä on analogista Maan pyörimiseen akselinsa ympäri, kun se pyörii Auringon ympäri. Sisäinen kulmamomentti tuli tunnetuksi spiniksi ja selitti aiemmin hämmentävää spektriviivojen halkeilua, joka havaittiin korkearesoluutiolla spektrografilla ; tämä ilmiö tunnetaan hienorakenteen halkeamisena [50] .

Kvanttimekaniikka

Ranskalainen fyysikko Louis de Broglie esitti vuonna 1924 väitöskirjassaan Recherches sur la théorie des quanta (Kvanttiteorian tutkimukset) hypoteesin, jonka mukaan kaikki aine voidaan esittää aaltona, jota myöhemmin kutsuttiin de Broglien aalloksi valon tapaan [51] . ] . Toisin sanoen sopivissa olosuhteissa elektronit ja muut aineet osoittaisivat joko hiukkasten tai aaltojen ominaisuuksia. Hiukkasen korpuskulaariset ominaisuudet osoitetaan, kun sillä osoitetaan olevan paikallinen sijainti avaruudessa sen liikeradalla kulloinkin [52] . Valon aaltoileva luonne ilmenee esimerkiksi, kun valonsäde kulkee yhdensuuntaisten rakojen läpi luoden interferenssikuvioita . Vuonna 1927 George Paget Thomson havaitsi, että interferenssiilmiö syntyy, kun elektronisäde kulkee ohuen metallikalvon läpi, ja amerikkalaiset fyysikot Clinton Davisson ja Lester Germer havaitsivat  sen heijastamalla elektroneja nikkeliyksikiteestä [53] .

De Broglien ennuste elektronien aaltoluonteesta sai Erwin Schrödingerin olettamaan aaltoyhtälön elektroneille, jotka liikkuvat atomin ytimen vaikutuksen alaisena. Vuonna 1926 hänen yhtälönsä, Schrödingerin yhtälö , kuvasi onnistuneesti elektroniaaltojen leviämistä [54] . Aaltoyhtälö ei anna ratkaisua elektronin paikan funktiona ajan funktiona, vaan ennustaa todennäköisyydet löytää elektroni pisteen läheisyydestä erityisesti järjestelmissä, joissa elektroni on sidottu avaruuteen potentiaalikaivon avulla, elektroniset aaltoyhtälöt eivät muutu ajan myötä. Tämä lähestymistapa johti kvanttimekaniikan toiseen muotoiluun (Heisenberg ehdotti ensimmäistä kvanttimekaniikan muotoista kvanttimekaniikan muotoilua vuonna 1925), ja Schrödingerin yhtälön ratkaisut, kuten Heisenbergin yhtälöt, mahdollistavat vetyatomissa olevan elektronin energiatilat, jotka osoittautuivat vastaaviksi Bohrin 1913 ilmaisuissa ensimmäisen kerran hankkimia tiloja ja toivat vetyatomin spektrin [55] . Heti kun useiden elektronien välinen spin ja vuorovaikutus tuli mahdolliseksi kuvata, kvanttimekaniikka mahdollisti elektronien konfiguraation ennustamisen atomeissa, joiden atomiluku on suurempi kuin vedyn [56] .

Vuonna 1928 Paul Dirac loi Wolfgang Paulin työhön perustuen elektroni- Diracin yhtälön mallin, joka on yhdenmukainen suhteellisuusperiaatteen kanssa soveltamalla erityissuhteellisuusteorian ja symmetrian näkökohtia sähkömagneettisen kvanttimekaniikan Hamiltonin muotoiluun. kenttä [57] . Ratkaisekseen joitain relativistisen yhtälön ongelmia Dirac kehitti vuonna 1930 mallin tyhjiöstä negatiivisen energian hiukkasten äärettömänä merenä, jota myöhemmin kutsuttiin Diracin mereksi . Tämä sai hänet ennustamaan positronin, elektronin antimateriaanalogin , olemassaolon [58] . Tämän hiukkasen löysi vuonna 1932 Carl Anderson [59] .

Vuonna 1947 Willis Lamb , joka työskenteli yhteistyössä jatko-opiskelijan Robert Rutherfordin kanssa, havaitsi, että tietyt vetyatomin kvanttitilat, joilla pitäisi olla sama energia, ovat siirtyneet suhteessa toisiinsa; tätä eroa on alettu kutsua Lamb-siirtymäksi . Samoihin aikoihin Polycarp Kush , joka työskenteli Henry Foleyn kanssa, havaitsi, että elektronin magneettinen momentti on jonkin verran suurempi kuin Diracin teoria ennustaisi. Tätä pientä eroa kutsuttiin myöhemmin elektronin epänormaaliksi magneettiseksi dipolimomentiksi . Tämä ero selitettiin pian Shinichiro Tomonagan , Julian Schwingerin ja Richard Feynmanin 1940-luvun lopulla kehittämällä kvanttielektrodynamiikan teorialla [60] .

Hiukkaskiihdyttimet

Kun hiukkaskiihdyttimiä kehitettiin 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla, fyysikot alkoivat tutkia subatomisten hiukkasten ominaisuuksia [61] . Ensimmäisen onnistuneen yrityksen kiihdyttää elektroneja sähkömagneettisen induktion avulla teki vuonna 1942 Donald Kerst . Hänen alkuperäinen betatroninsa saavutti energian 2,3 MeV ja myöhemmät betatronit 300 MeV. Vuonna 1947 synkrotronisäteilyä , jonka aallonpituus oli 70 MeV , löydettiin General Electric -yhtiön elektronisynkrotronista. Tämä säteily johtui elektronien kiihtyvyydestä magneettikentässä niiden liikkuessa lähellä valonnopeutta [62] .

1,5 GeV:n säteen energialla ensimmäinen suurienerginen hiukkasten törmäyskone oli ADONE , joka aloitti toimintansa vuonna 1968 [63] . Tämä laite kiihdytti elektroneja ja positroneja vastakkaisiin suuntiin ja kaksinkertaisti niiden törmäyksen energian verrattuna elektronin osumiseen staattiseen kohteeseen [64] . CERNin suuri elektroni-positronitörmätin (LEP) , joka toimi vuosina 1989–2000, saavutti 209 GeV:n törmäysenergian ja teki tärkeitä mittauksia hiukkasfysiikan standardimallille [65] [66] .

Yksittäisten elektronien retentio

Yksittäiset elektronit voidaan nyt helposti sisällyttää erittäin pieniin ( L = 20 nm , W = 20 nm ) CMOS-transistoreihin, jotka toimivat kryogeenisissä lämpötiloissa -269 °C (4  K ) - noin -258 °C (15  K ) [67] . Elektronin aaltofunktio etenee puolijohdehilassa ja on merkityksettömästi vuorovaikutuksessa valenssikaistan elektronien kanssa, joten sitä voidaan pitää yhden hiukkasen formalismissa korvaten sen massan efektiivisellä massatensorilla [68] .

Ominaisuudet

Luokitus

Hiukkasfysiikan standardimallissa elektronit kuuluvat ryhmään subatomisia hiukkasia, joita kutsutaan leptoneiksi ja joita pidetään perus- tai alkuainehiukkasina . Elektronien massa on pienin kaikista varautuneista leptoneista (tai minkä tahansa tyyppisistä sähköisesti varautuneista hiukkasista), ja ne kuuluvat perushiukkasten ensimmäiseen sukupolveen [69] . Toinen ja kolmas sukupolvi sisältävät varautuneita leptoneja, myonin ja tau-leptonin , jotka ovat identtisiä varauksen, spinin ja vuorovaikutuksen elektronin kanssa , mutta ovat massiivisempia. Leptonit eroavat muista aineen perusaineosista, kvarkeista , sillä niillä ei ole vahvaa voimaa . Kaikki leptoniryhmän jäsenet ovat fermioneja, koska niillä kaikilla on puolikokonaisluku spin; elektronilla on spinyksi2[70] .

Perusominaisuudet

Elektronin invarianttimassa on noin 9.109×10 −31 kg [71] tai 5.489⋅10 −4  AU . e. m. Massan ja energian ekvivalenssiperiaatteen mukaan tämä vastaa lepoenergiaa 0,511 MeV . Protonimassan suhde elektronin massaan on noin 1836 [9] [72] . Tähtitieteelliset mittaukset osoittavat, että protonin massan suhde elektronin massaan säilyi vakiomallin ennustamana vähintään puolet maailmankaikkeuden iästä [73] .

Elektronien sähkövaraus on −1,602176634⋅10 -19 C [71] , jota käytetään subatomisten hiukkasten vakiovarausyksikkönä ja jota kutsutaan myös alkusähkövaraukseksi . Kokeellisella tarkkuudella elektronin varaus on identtinen protonivarauksen kanssa, mutta päinvastaisella etumerkillä [74] . Koska symbolia e käytetään kuvaamaan alkuainevarausta , elektroni esitetään yleensä muodossa e−
jossa miinusmerkki osoittaa negatiivista varausta. Positroni on merkitty symbolilla e+
, koska sillä on samat ominaisuudet kuin elektronilla, mutta sen sähkövaraus on pikemminkin positiivinen kuin negatiivinen [70] [71] .

Elektronilla on oma kulmamomenttinsa tai spinyksi2[71] . Tämä ominaisuus muotoillaan yleensä kutsumalla elektronin spinyksi2 hiukkanen[70]. Tällaisille hiukkasille spin onħ2[b] [75] , ja minkä tahansa akselin spin- projektion mittaustulosħ2. Spinin lisäksi elektronilla on oma magneettinen momenttinsa , joka on samassa suunnassa spinin kanssa [71] . Se on suunnilleen yhtä suuri kuin yksi Bohrin magnetoni [76] [c] , joka on fysikaalinen vakio, joka on yhtä suuri kuin (9.27400915 ± (23))⋅10 -24  J / T [71] . Spinin suuntaus suhteessa elektronin liikemäärään (relativistisille hiukkasille) määrittää alkuainehiukkasten ominaisuuden, joka tunnetaan nimellä helicity .

Elektronilla ei ole tunnettua alarakennetta [8] [78] . Kysymys elektronin säteestä on nykyajan fysiikan monimutkainen ongelma. Kokeissa positronien aiheuttamasta elektronien sironnasta ei havaita eroa hiukkasten pisteluonteesta [79] . Elektronin sisäinen rakenne heijastuisi sähköisen dipolimomentin olemassaoloon, mutta sitä ei löydetty [80] . Oletus elektronin äärellisestä säteestä on ristiriidassa erityissuhteellisuusteorian kanssa. Toisaalta pisteelektroni (nollasäde) aiheuttaa vakavia matemaattisia vaikeuksia johtuen elektronin oman energian taipumuksesta äärettömyyteen [81] . Yhden elektronin havainto Penning-loukussa viittaa siihen, että hiukkassäteen yläraja on 10 −22  metriä [82] . Elektronisäteen yläraja 10 −18  metriä [83] voidaan saada käyttämällä epävarmuussuhdetta energiaan. On myös fysikaalinen vakio, nimeltään " klassinen elektronin säde ", jonka arvo on paljon suurempi 2,8179⋅10 -15  m , suurempi kuin protonin säde. Terminologia tulee kuitenkin yksinkertaistetusta laskelmasta, joka jättää huomioimatta kvanttimekaniikan vaikutukset ; itse asiassa niin kutsutulla klassisella elektronin säteellä on vähän yhteistä elektronin todellisen perusrakenteen kanssa [84] [d] . On alkuainehiukkasia , jotka hajoavat spontaanisti vähemmän massoiksi Esimerkki on myon , jonka keskimääräinen elinikä on 2,2⋅10 -6  sekuntia ja joka hajoaa elektroniksi, myonin neutriinoksi ja elektroniantineutriinoksi . Toisaalta elektronia pidetään stabiilina teoreettisista syistä: elektroni on vähiten massiivinen hiukkanen, jolla on nollasta poikkeava sähkövaraus, joten sen hajoaminen rikkoisi varauksen säilymislakia [85] . Elektronin keskimääräisen eliniän kokeellinen alaraja on 6,6⋅10 28 vuotta 90 % :n luottamustasolla [3] [86] [87] .

Kvasihiukkaset

Kondensoituneen aineen fysiikassa , joka ei käsittele alkuainehiukkasia, vaan kvasihiukkasviritteitä, joissakin materiaaleissa voi tapahtua spin-varauksen erottumista . Tällaisissa tapauksissa elektronit "halkeavat" kolmeen itsenäiseen hiukkaseen: orbitoniin , spinoniin ja holoniin . Elektronia voidaan aina teoreettisesti pitää kolmen sidottuna tilana - kiertoradalla on kiertoradan vapausaste, spinonilla elektronin spinin ja holonilla varaus, mutta tietyissä olosuhteissa ne voivat käyttäytyä itsenäisinä kvasihiukkasina . [88] [89] [90] . Kiinteän olomuodon fysiikassa lähes täysin täytetyssä valenssikaistassa olevaa tilaa kutsutaan reiäksi ja siinä on positiivinen varaus. Tietyssä mielessä puolijohteessa olevan reiän käyttäytyminen on samanlaista kuin kuplan käyttäytyminen täydessä vesipullossa [91] . Vapaan elektronikaasun kollektiiviset värähtelyt, jotka vastaavat metallien ja puolijohteiden plasmavärähtelyjen kvantisointia , muodostavat muita kvasipartikkeleita, plasmoneja [92] .

Kvanttiominaisuudet

Kuten kaikki hiukkaset, elektronit voivat käyttäytyä kuin aallot. Tätä ilmiötä kutsutaan aalto-hiukkasten kaksinaisuudesta ja se voidaan osoittaa käyttämällä kaksoisrakokokeilua [93] .

Elektronin aaltoluonteen ansiosta se voi kulkea kahden rinnakkaisen raon läpi samanaikaisesti, eikä vain yhden raon läpi, kuten klassisen hiukkasen tapauksessa. Kvanttimekaniikassa yksittäisen hiukkasen aaltoominaisuutta voidaan kuvata matemaattisesti kompleksiarvoiseksi funktioksi, aaltofunktioksi , jota yleensä merkitään kreikkalaisella kirjaimella psi ( ψ ). Kun tämän funktion itseisarvo neliötetään , saadaan todennäköisyys sille, että hiukkanen havaitaan lähellä tiettyä paikkaa - todennäköisyystiheys [94] :162-218 .

Elektronit ovat erottamattomia hiukkasia, koska niitä ei voida erottaa toisistaan ​​niiden luontaisten fysikaalisten ominaisuuksien perusteella. Kvanttimekaniikassa tämä tarkoittaa, että vuorovaikutuksessa olevien elektronien parin pitäisi kyetä vaihtamaan paikkoja ilman näkyvää muutosta järjestelmän tilassa. Fermionien, mukaan lukien elektronit, aaltofunktio on antisymmetrinen, mikä tarkoittaa, että se muuttaa etumerkkiä, kun kaksi elektronia vaihdetaan; eli ψ ( r 1 , r 2 ) = − ψ ( r 2 , r 1 ) , jossa muuttujat r 1 ja r 2 vastaavat ensimmäistä ja toista elektronia. Koska absoluuttinen arvo ei muutu, kun etumerkkiä muutetaan, tämä vastaa yhtä suuria todennäköisyyksiä. Bosoneilla , kuten fotoneilla, on sen sijaan symmetrisiä aaltofunktioita [94] :162–218 .

Antisymmetrian tapauksessa aaltoyhtälön ratkaisut vuorovaikutuksessa oleville elektroneille johtavat nollaan todennäköisyyteen , että kukin pari on samassa paikassa tai tilassa. Tämä on vastuussa Paulin poissulkemisperiaatteesta , joka estää kahta elektronia miehittämästä samaa kvanttitilaa. Tämä periaate selittää monet elektronien ominaisuudet. Tämä saa esimerkiksi aikaan sen, että sitoutuneiden elektronien ryhmät miehittävät atomissa eri kiertoradat sen sijaan, että ne menevät päällekkäin ja ovat samalla kiertoradalla [94] :162–218 .

Virtuaalihiukkaset

Yksinkertaistetussa kuvassa, jolla on usein taipumus antaa vääriä tietoja, mutta joka voi havainnollistaa joitain laadullisia näkökohtia, jokainen fotoni viettää jonkin aikaa virtuaalisen elektronin ja sen antihiukkasen, virtuaalisen positronin, yhdistelmänä, jotka tuhoavat nopeasti toisensa pian sen jälkeen [95] . Näiden hiukkasten luomiseen tarvittavan energian muutoksen ja niiden olemassaoloajan yhdistelmä on Heisenbergin epävarmuussuhteella ilmaistun havaittavuuskynnyksen alapuolella Δ E  · Δ t  ≥  ħ . Itse asiassa näiden virtuaalihiukkasten luomiseen tarvittava energia, Δ E , voidaan "lainata" tyhjiöstä ajanjaksoksi Δ t , jotta niiden tulo ei ylitä pelkistettyä Planck- vakiota ħ ≈ 6,6⋅10 -16  eV s . Siten virtuaaliselle elektronille Δ t ei ylitä 1,3⋅10 -21  s [96] .

Niin kauan kuin virtuaalinen elektroni-positronipari on olemassa, elektronia ympäröivän sähkökentän Coulombin voima saa luodun positronin vetäytymään alkuperäiseen elektroniin, kun taas luotu elektroni kokee hylkimisen. Tämä aiheuttaa niin sanotun tyhjiöpolarisaation . Itse asiassa tyhjiö käyttäytyy kuin väliaine, jonka permittiivisyys on suurempi kuin yksikkö . Siten elektronin tehollinen varaus on itse asiassa pienempi kuin sen todellinen arvo, ja varaus pienenee etäisyyden myötä elektronista [97] [98] . Tämä polarisaatio vahvistettiin kokeellisesti vuonna 1997 japanilaisessa hiukkaskiihdyttimessä TRISTAN [ 99] . Virtuaalihiukkaset aiheuttavat elektronin massaan verrattavan seulontavaikutuksen 100] .

Vuorovaikutus virtuaalihiukkasten kanssa selittää myös pienen (noin 0,1 %) elektronin sisäisen magneettisen momentin poikkeaman Bohrin magnetonista ( poikkeava magneettinen momentti ) [76] [101] . Tämän ennustetun eron äärimmäisen tarkkaa yhteensopivuutta kokeellisesti määritetyn arvon kanssa pidetään yhtenä kvanttielektrodynamiikan tärkeimmistä saavutuksista [102] .

Näennäisesti klassisessa fysiikassa paradoksi elektronin esittämisestä pistehiukkasena, jolla on oma kulmaliikemäärä ja magneettinen momentti, voidaan selittää elektronin dynamiikan ominaisuuksilla sähkömagneettisessa kentässä sen siirtyessä ei-relativistiselle rajalle, kun elektroni on siirtyy vapisevalla tavalla ( zitterbewegung ), mikä johtaa keskimääräiseen ympyräliikkeeseen precessiolla [103] . Tämä liike saa aikaan sekä spinin että magneettisen momentin elektronille, joka esitetään jonkin Compton-aallonpituuden kokoisena laajennetun kohteena [7] [104] . Atomeissa virtuaaliset fotonit selittävät spektrilinjoissa havaitun Lamb-siirtymän . Comptonin aallonpituus osoittaa, että elementaaristen hiukkasten, kuten elektronin, läheisyydessä energia-aika-epävarmuussuhde mahdollistaa virtuaalisten hiukkasten luomisen elektronin läheisyyteen. Tämä aallonpituus selittää virtuaalihiukkasten "staattisen" luonteen alkuainehiukkasten ympärillä lähietäisyydellä [97] .

Vuorovaikutus

Elektroni luo sähkökentän, joka kohdistaa vetovoiman positiivisesti varautuneeseen hiukkaseen, kuten protoniin, ja aiheuttaa hylkivän voiman negatiivisen varauksen omaavaan hiukkaseen. Tämän voiman suuruus ei-relativistisessa approksimaatiossa määräytyy Coulombin käänteisen neliön lain avulla [105] : 58-61 . Kun elektroni liikkuu, se luo magneettikentän [94] : 140 . Ampère - Maxwell-laki liittää magneettikentän elektronien massaliikenteeseen ( virta ) suhteessa havaitsijaan. Tämä induktion ominaisuus luo magneettikentän, joka käyttää sähkömoottoria [106] . Satunnaisesti liikkuvan varautuneen hiukkasen sähkömagneettinen kenttä ilmaistaan ​​Liénard-Wiechertin potentiaalien avulla, jotka ovat oikein, vaikka hiukkasen nopeus on lähellä valonnopeutta ( relativistinen ) [105] : 429-434 . 

Kun elektroni liikkuu avaruuden läpi magneettikentässä, siihen kohdistuu Lorentzin voima , joka on suunnattu kohtisuoraan magneettikentän ja elektronin nopeuden määrittelemää tasoa vastaan. Tämä keskipitkävoima saa elektronin seuraamaan kierteistä polkua, jonka säde on nimeltään Larmorin säde . Tästä kaarevasta liikkeestä johtuva kiihtyvyys saa elektronin säteilemään energiaa synkrotronisäteilyn muodossa [107] [e] [94] : 160 . Energian säteily puolestaan ​​saa elektronin rekyylin, joka tunnetaan nimellä Abraham-Lorentz-Dirac-voima , joka luo kitkaa, joka hidastaa elektronia. Tämä voima johtuu elektronin oman kentän vaikutuksesta itseensä [ 108] .

Fotonit ovat hiukkasten välisen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kantajia kvanttielektrodynamiikassa . Vakionopeudella eristetty elektroni ei pysty emittoimaan tai absorboimaan todellista fotonia; tämä rikkoisi energian ja liikemäärän säilymisen lakia . Sen sijaan virtuaaliset fotonit voivat siirtää vauhtia kahden varautuneen hiukkasen välillä. Tällainen virtuaalisten fotonien vaihto synnyttää Coulombin voiman [109] . Energian emissio voi tapahtua, kun varautunut hiukkanen, kuten protoni, taittaa liikkuvan elektronin. Elektronien kiihtyvyys johtaa bremsstrahlung - emission [110] .

Joustamatonta törmäystä fotonin (valo) ja yksittäisen (vapaan) elektronin välillä kutsutaan Compton-sironnaksi . Tämä törmäys johtaa liikemäärän ja energian siirtymiseen hiukkasten välillä, mikä muuttaa fotonin aallonpituutta määrällä, jota kutsutaan Compton-siirtymäksi . Tämän aallonpituussiirtymän maksimiarvo on h / m e c , joka tunnetaan nimellä Compton-aallonpituus [111] . Elektronille sen arvo on 2,43⋅10 -12  m [71] . Kun valon aallonpituus on suuri (esimerkiksi näkyvän valon aallonpituus on 0,4-0,7 µm), aallonpituussiirtymä pienenee. Tätä valon ja vapaiden elektronien välistä vuorovaikutusta kutsutaan Thomson-sironnaksi tai lineaariseksi Thomson-sironnaksi [112] .

Kahden varautuneen hiukkasen, kuten elektronin ja protonin, välisen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen suhteellinen voimakkuus määräytyy hienorakennevakion mukaan . Tämä suure on dimensioton suure, joka muodostuu kahden energian suhteesta: vetovoiman (tai hylkimisen) sähköstaattinen energia yhden Compton-aallonpituuden etäisyydellä ja varauksen lepoenergia. Se määritellään α  ≈  7,297353⋅10 -3 , joka on suunnilleen yhtä kuinyksi137[71] .

Kun elektronit ja positronit törmäävät, ne tuhoavat toisensa ja tuottavat kaksi tai useampia gammasädefotonia, joiden kokonaisenergia on 1,022 MeV. Jos elektronin ja positronin liikemäärä on merkityksetön, niin positroniumatomi voi muodostua ennen tuhoutumista [113] [114] . Toisaalta korkeaenerginen fotoni voi muuttua elektroniksi ja positroniksi prosessin kautta, jota kutsutaan pariliitoksiksi , mutta vain lähellä olevan varautuneen hiukkasen, kuten atomin ytimen, läsnä ollessa [115] [116] .

Sähköheikon vuorovaikutuksen teoriassa elektroniaaltofunktion vasen komponentti muodostaa heikon isospin -dupletin elektronineutrinon kanssa . Tämä tarkoittaa, että heikossa vuorovaikutuksessa elektronineutriinot käyttäytyvät kuin elektronit. Mikä tahansa tämän dupletin jäsen voi olla vuorovaikutuksessa varautuneen virran kanssa emittoimalla tai absorboimalla W -bosonia ja muuttua toiseksi hiukkaseksi. Varaus säilyy tämän reaktion aikana, koska W-bosonissa on myös varaus, mikä kumoaa mahdolliset nettovarauksen muutokset transmutaation aikana. Varautuneiden virtojen vuorovaikutukset ovat vastuussa radioaktiivisen atomin beeta-hajoamisen ilmiöstä . Sekä elektroni että elektronineutrino voivat olla vuorovaikutuksessa neutraalivirran kanssa vaihdon Z kautta0
, ja tämä prosessi on vastuussa neutriinojen ja elektronien elastisesta sironnasta [117] .

Atomit ja molekyylit

Elektroni voidaan sitoa atomin ytimeen Coulombin vetovoiman avulla. Järjestelmää, jossa yksi tai useampi elektroni on kiinnittynyt ytimeen, kutsutaan atomiksi. Jos elektronien lukumäärä eroaa ytimen sähkövarauksesta, tällaista atomia kutsutaan ioniksi . Sitoutuneen elektronin aaltokäyttäytymistä kuvaa funktio, jota kutsutaan atomiradalla . Jokaisella kiertoradalla on oma joukko kvanttilukuja, kuten energia, kulmaliikemäärä ja liikemäärän projektio valitulle akselille, ja vain tietty joukko näitä orbitaaleja on ytimen ympärillä, mikä vastaa diskreettejä kvanttilukuja. Paulin poissulkemisperiaatteen mukaan jokaisella kiertoradalla voi olla kaksi elektronia, joiden spin-kvanttilukujen tulee olla erilaisia ​​[118] .

Elektronit voivat liikkua eri kiertoratojen välillä emittoimalla tai absorboimalla fotoneja, joiden energia vastaa potentiaalieroa [119] :159-160 . Muita tapoja muuttaa kiertorataa ovat törmäykset hiukkasten, kuten elektronien, kanssa ja Auger-ilmiö [120] . Irtautuakseen atomin ytimestä elektronin energian on oltava suurempi kuin sen sidoksen energian atomin kanssa. Tämä tapahtuu esimerkiksi valosähköisen vaikutuksen aikana, kun elektroni absorboi tulevan fotonin energian, joka ylittää atomin ionisaatioenergian [119] :127–132 .

Elektronien kiertoradan kulmamomentti kvantisoidaan . Koska elektroni on varautunut, sen liike luo myös kiertoliikkeen magneettisen momentin, joka on verrannollinen liikemäärään. Atomin kokonaismagneettinen momentti on yhtä suuri kuin kaikkien elektronien ja ytimen orbitaali- ja spinmagneettisten momenttien vektorisumma. Ytimen magneettinen momentti on mitätön verrattuna elektronin magneettiseen momenttiin. Samalla kiertoradalla olevien elektronien magneettiset momentit (ns. paritetut elektronit) kompensoivat toisiaan [121] .

Kemiallinen sidos atomien välillä syntyy kvanttimekaniikan lakien [122] kuvaamien sähkömagneettisten vuorovaikutusten seurauksena . Vahvimmat sidokset muodostuvat elektronien vaihdolla tai siirrolla atomien välillä, mikä mahdollistaa molekyylien muodostumisen [10] . Molekyylin sisällä elektronit liikkuvat useiden ytimien vaikutuksesta ja miehittävät molekyylikiertoradat ; ne voivat osittain miehittää atomikiertoradat eristetyissä atomeissa [123] . Perustekijä, joka määrää molekyylirakenteiden olemassaolon, on elektroniparien läsnäolo  - elektronit, joilla on vastakkaiset spinit, jotka vievät saman molekyyliradan rikkomatta Paulin poissulkemisperiaatetta (samanlaiset kuin atomit). Eri molekyyliradoilla on erilaiset elektronitiheyden tilajakaumat. Esimerkiksi sidotuissa pareissa (eli niissä pareissa, jotka todella sitovat atomeja yhteen) elektronit voivat sijaita suurimmalla todennäköisyydellä suhteellisen pienessä tilassa ytimien välillä. Päinvastoin, sitoutumattomissa pareissa elektronit ovat jakautuneet suuressa tilavuudessa ytimien ympärille [124] .

Johtavuus

Jos kappaleessa on enemmän tai vähemmän elektroneja kuin tarvitaan tasapainottamaan ytimien positiivista varausta, niin kyseisellä kappaleella on nettosähkövaraus. Kun elektroneja on liikaa, kohteen sanotaan olevan negatiivisesti varautunut. Kun ytimessä on vähemmän elektroneja kuin protoneja, kohteen sanotaan olevan positiivisesti varautunut. Kun elektronien ja protonien määrä ovat yhtä suuret, niiden varaukset kumoavat toisensa ja kohteen sanotaan olevan sähköisesti neutraali. Makroskooppinen kappale voi saada sähkövarauksen kitkan aikana tribosähköisen vaikutuksen vuoksi [128] .

Itsenäisiä elektroneja, joissa ei ole Coulombin vuorovaikutusta niiden välillä tai ytimien kanssa, kutsutaan vapaiksi elektroneiksi. Myös metallien elektronit käyttäytyvät ikään kuin ne olisivat vapaita. Todellisuudessa hiukkaset, joita yleisesti kutsutaan elektroneiksi metalleissa ja muissa kiinteissä aineissa, ovat kvasielektroneja – kvasihiukkasia , joilla on sama sähkövaraus, spin ja magneettinen momentti kuin todellisilla elektroneilla, mutta joilla voi olla erilainen näennäinen tai tehollinen massa [129] . Kun vapaat elektronit - sekä tyhjiössä että metalleissa - liikkuvat, ne muodostavat nettovarausvirran , jota kutsutaan sähkövirraksi , joka luo magneettikentän. Vastaavasti muuttuva magneettikenttä voi muodostaa virran. Nämä vuorovaikutukset kuvataan matemaattisesti Maxwellin yhtälöillä [130] .

Tietyssä lämpötilassa jokaisella materiaalilla on sähkönjohtavuus , joka määrittää sähkövirran määrän, kun sähköjännite kytketään . Esimerkkejä hyvistä johtimista ovat metallit, kuten kupari ja kulta, kun taas lasi ja teflon ovat huonoja johtimia. Missä tahansa dielektrisessä materiaalissa elektronit pysyvät sidottuna vastaaviin atomeihinsa ja materiaali käyttäytyy kuin eriste . Useimmilla puolijohteilla on vaihteleva johtavuustaso, joka on johtavuuden ja eristyksen äärirajojen välissä [131] . Toisaalta metalleissa on elektroninen nauharakenne, joka sisältää osittain täytettyjä elektronisia nauhoja. Tällaisten vyöhykkeiden läsnäolo mahdollistaa metallien elektronien käyttäytymisen ikään kuin ne olisivat vapaita tai siirrettyjä elektroneja . Nämä elektronit eivät ole sidottu tiettyihin atomeihin, joten kun sähkökenttä kohdistetaan, ne voivat liikkua vapaasti kuin kaasu (kutsutaan Fermi-kaasuksi ) [132] materiaalin läpi, aivan kuten vapaat elektronit [132] .

Elektronien välisistä törmäyksistä ja hilavirheistä johtuen elektronien ryömintänopeus johtimessa on suuruusluokkaa millimetriä sekunnissa. Kuitenkin nopeus, jolla virran muutos jossakin materiaalin kohdassa aiheuttaa muutoksia virtoihin muissa materiaalin osissa, etenemisnopeus on yleensä noin 75 % valon nopeudesta [133] . Tämä johtuu siitä, että sähköiset signaalit etenevät aallon muodossa, jonka nopeus riippuu materiaalin permittiivisyydestä [134] .

Metallit ovat suhteellisen hyviä lämmönjohtimia, pääasiassa siksi, että siirretyt elektronit voivat vapaasti siirtää lämpöenergiaa atomien välillä. Toisin kuin sähkönjohtavuus, metallin lämmönjohtavuus on kuitenkin lähes riippumaton lämpötilasta. Matemaattisesti tämä ilmaistaan ​​Wiedemann-Franzin lailla [132] , jonka mukaan lämmönjohtavuuden suhde sähkönjohtavuuteen on verrannollinen lämpötilaan. Lämpöhäiriö metallihilassa lisää materiaalin sähkövastusta , mikä luo sähkövirran riippuvuuden lämpötilasta tietyllä jännitteellä [135] .

Kun materiaalit jäähtyvät kriittiseksi lämpötilaksi kutsutun pisteen alapuolelle , ne voivat läpikäydä vaihemuutoksen, jossa ne menettävät täysin sähkövirran vastuskykynsä ilmiössä, joka tunnetaan nimellä suprajohtavuus . BCS-teoriassa elektroniparit , joita kutsutaan Cooper-pareiksi , kytkeytyvät liikkeessään lähellä olevaan aineeseen fononeiksi kutsuttujen hilavärähtelyjen kautta , jolloin vältetään törmäykset vikojen kanssa, jotka normaalisti aiheuttavat sähköistä vastusta [136] . Cooper-parien säde on noin 100 nm, joten ne voivat mennä päällekkäin [137] . Korkean lämpötilan suprajohteiden toimintamekanismi on kuitenkin edelleen epäselvä [138] [139] .

Johtavien kiinteiden aineiden sisällä olevat elektronit, jotka ovat itse kvasihiukkasia, käyttäytyvät tiukasti rajoitettuina lämpötiloissa, jotka ovat lähellä absoluuttista nollaa , ikään kuin ne olisi jaettu kolmeen muuhun kvasihiukkaseen : orbitoneiksi , spinoneiksi ja holoneiksi [140] . Ensimmäinen kuljettaa spin- ja magneettimomenttia, seuraava kantaa kiertoradan sijaintiaan ja viimeinen sähkövarausta [141] .

Liikettä ja energiaa

Erityisen suhteellisuusteorian mukaan elektronin nopeuden lähestyessä valon nopeutta havaitsijan näkökulmasta sen relativistinen massa kasvaa, mikä vaikeuttaa edelleen kiihtymistä havainnoinnin viitekehyksessä. Elektronin nopeus voi lähestyä, mutta ei koskaan saavuta valon nopeutta tyhjiössä c . Kuitenkin, kun relativistiset elektronit, eli elektronit, jotka liikkuvat lähellä c:tä, joutuvat dielektriseen väliaineeseen, kuten veteen, jossa paikallinen valon nopeus on pienempi kuin c , elektronit kulkevat tilapäisesti nopeammin kuin valo väliaineessa. Kun ne ovat vuorovaikutuksessa väliaineen kanssa, ne tuottavat heikkoa valoa, jota kutsutaan Cherenkov-säteilyksi [142] .

Erikoissuhteellisuusteorian vaikutukset perustuvat suureen, joka tunnetaan nimellä Lorentz-tekijä , joka määritellään , missä v  on hiukkasen nopeus. Nopeudella v liikkuvan elektronin kineettinen energia K e on:

missä m e  on elektronin massa. Esimerkiksi Stanfordin lineaarinen kiihdytin voi kiihdyttää elektronin noin 51 GeV:iin [143] . Koska elektroni käyttäytyy aallon tavoin tietyllä nopeudella, sille on määritetty ominaisuus de Broglien aallonpituus . Se määritetään lausekkeella λ e  =  h / p, jossa h  on Planckin vakio ja p  on hiukkasen liikemäärä [51] . 51 GeV:n elektronienergialla aallonpituus on noin 2,4⋅10 -17  m , mikä on tarpeeksi pieni tutkimaan atomiytimen kokoa paljon pienempiä rakenteita [144] .

Koulutus

Alkuräjähdysteoria on laajimmin  hyväksytty tieteellinen teoria, joka selittää maailmankaikkeuden varhaisen evoluution [146] . Alkuräjähdyksen ensimmäisessä millisekunnissa lämpötila ylitti 10 miljardia  Kelviniä ja fotonien keskimääräinen energia oli yli miljoona elektronivolttia . Nämä fotonit olivat tarpeeksi energisiä reagoidakseen toistensa kanssa muodostaen pareja elektroneja ja positroneja. Samalla tavalla positroni-elektroni-parit tuhosivat toisensa ja lähettivät korkean energian fotoneja - gamma-kvantteja:

γ + γ ↔ e+
+ e−

Tässä universumin evoluution vaiheessa pidettiin tasapaino elektronien, positronien ja fotonien välillä. Kuitenkin 15 sekunnin kuluttua universumin lämpötila putosi alle kynnyksen, jossa elektronien ja positronien muodostuminen saattoi tapahtua. Suurin osa elossa olevista elektroneista ja positroneista tuhosi toisensa vapauttaen gammasäteitä, jotka lämmittivät universumin hetkeksi uudelleen [147] .

Epäselvistä syistä tuhoutumisprosessi sisälsi hiukkasten ylimäärän antihiukkasiin verrattuna. Siksi noin yksi elektroni säilyi kutakin miljardia elektroni-positroniparia kohden. Tämä ylimäärä vastasi protonien ylimäärää antiprotoneihin nähden tilassa, joka tunnetaan nimellä baryonin epäsymmetria , mikä johti universumin nettovaraukseen nolla [148] [149] . Selviytyneet protonit ja neutronit alkoivat reagoida toistensa kanssa nukleosynteesinä tunnetussa prosessissa tuottaen vedyn ja heliumin isotooppeja, joissa on pieniä määriä litiumia . Tämä prosessi saavutti huippunsa noin viiden minuutin kuluttua [150] . Kaikki jäljellä olevat neutronit kokivat negatiivisen beeta-hajoamisen puoliintumisajalla noin tuhat sekuntia, jolloin protoni ja elektroni vapautuivat.

n → p + e−
+ v
e

Noin seuraavat 300 000 -  400 000 vuotta ylimääräiset elektronit pysyivät liian energisinä sitoutuakseen atomiytimiin [151] . Tätä seurasi rekombinaatioksi kutsuttu jakso , jolloin muodostui neutraaleja atomeja ja laajeneva maailmankaikkeus tuli läpinäkyväksi säteilylle [152] .

Noin miljoona vuotta alkuräjähdyksen jälkeen ensimmäinen tähtien sukupolvi alkoi muodostua [152] . Tähtien sisällä tähtien nukleosynteesi johtaa positronien muodostumiseen atomiytimien fuusion seurauksena. Nämä antimateriahiukkaset tuhoutuvat välittömästi elektronien mukana ja lähettävät gammasäteitä. Lopputuloksena elektronien lukumäärän jatkuva väheneminen ja vastaava lisäys neutronien lukumäärässä. Tähtien evoluution prosessi voi kuitenkin johtaa radioaktiivisten isotooppien synteesiin. Valitut isotoopit voivat myöhemmin läpikäydä negatiivisen beeta-hajoamisen, jolloin ytimestä vapautuu elektroni ja antineutrino [153] . Esimerkki on isotooppi koboltti-60 ( 60 Co), joka hajoaa muodostaen nikkeli-60 (60
Ni ) [154] .

Elämänsä lopussa tähti, jonka massa on yli 20 Auringon massaa, kokee painovoiman romahtamisen , jolloin muodostuu musta aukko [155] . Klassisen fysiikan mukaan näillä massiivisilla tähtiobjekteilla on tarpeeksi voimakas vetovoima , joka estää mitään, jopa sähkömagneettista säteilyä , karkaamasta Schwarzschildin säteen ulkopuolelle [156] . Kvanttimekaanisten vaikutusten uskotaan kuitenkin mahdollistavan Hawking-säteilyn emission tällä etäisyydellä. Uskotaan, että elektroni-positroniparit syntyvät näiden tähtien jäänteiden tapahtumahorisontissa [157] [158] .

Kun tapahtumahorisontin lähelle luodaan virtuaalihiukkaspari (kuten elektroni ja positroni), satunnainen spatiaalinen paikannus voi saada yhden niistä ilmestymään ulkopuolelle; tätä prosessia kutsutaan kvanttitunnelointiksi . Mustan aukon gravitaatiopotentiaali tuottaa sitten energiaa muuttaakseen virtuaalihiukkasen todelliseksi hiukkaseksi, jolloin se voi säteillä avaruuteen [159] . Vastineeksi parin toinen jäsen saa negatiivista energiaa, mikä johtaa massaenergian nettohäviöön mustasta aukosta. Hawking-säteilyn nopeus kasvaa massan pienentyessä, mikä lopulta saa mustan aukon haihtumaan, kunnes se lopulta räjähtää [160] .

Kosmiset säteet  ovat hiukkasia, jotka kulkevat avaruuden läpi suurilla energioilla. Tapahtumat, joiden energia on enintään 3,0⋅10 20  eV , on rekisteröity [161] . Kun nämä hiukkaset törmäävät maan ilmakehän nukleonien kanssa , syntyy hiukkasvirta, mukaan lukien pioneja [162] . Yli puolet Maan pinnalta havaitusta kosmisesta säteilystä koostuu myoneista , jotka ovat leptoneja, joita syntyy ilmakehän yläkerrassa pionin hajoamisen seurauksena.

π−
→ μ−
+ v
μ

Muoni puolestaan ​​voi hajota elektronin tai positronin muodostuessa [163]

μ−
→ e−
+ v
e+ v
μ

Valvonta

Elektronien etätarkkailu edellyttää niiden säteilyenergian rekisteröintiä. Esimerkiksi korkeaenergisissa väliaineissa, kuten tähden koronassa , vapaat elektronit muodostavat plasman , joka säteilee energiaa bremsstrahlungin kautta . Elektronikaasuun kohdistuu plasmavärähtelyjä , jotka ovat elektronitiheyden muutosten aiheuttamia aaltoja, ja ne tuottavat radioteleskoopeilla havaittavia energiapurkauksia [165] .

Fotonin taajuus on verrannollinen sen energiaan. Kun sitoutunut elektroni liikkuu atomin eri energiatasojen välillä, se absorboi tai emittoi fotoneja ominaistaajuuksilla. Esimerkiksi kun atomeja säteilytetään lähteellä, jolla on laaja spektri , kulkeutuvan säteilyn spektriin ilmaantuu selkeät tummat viivat kohdissa, joissa atomin elektronit absorboivat vastaavan taajuuden. Jokaisella elementillä tai molekyylillä on tyypillinen spektriviivojen joukko, kuten vedyn spektrisarja . Näiden viivojen intensiteetin ja leveyden spektroskooppiset mittaukset mahdollistavat aineen koostumuksen ja fysikaalisten ominaisuuksien määrittämisen [166] [167] .

Laboratorio-olosuhteissa yksittäisten elektronien vuorovaikutuksia voidaan tarkkailla hiukkasilmaisimilla , jotka mittaavat tiettyjä ominaisuuksia, kuten energiaa, spiniä ja varausta [168] . Paul ansojen Penning-loukun kehitys mahdollistaa varautuneiden hiukkasten pitämisen pienellä alueella pitkään. Tämä mahdollistaa hiukkasten ominaisuuksien tarkan mittauksen. Esimerkiksi yhdessä tapauksessa Penning-ansaa käytettiin pitämään yksi elektroni 10 kuukauden ajan [169] . Elektronin magneettinen momentti mitattiin jopa yhdentoista desimaalin tarkkuudella, mikä vuonna 1980 osoittautui korkeimmaksi tarkkuudeksi fysikaalisista vakioista [170] .

Ensimmäiset videokuvat elektronienergian jakautumisesta otti tiimi Lundin yliopistossa Ruotsissa helmikuussa 2008. Tiedemiehet käyttivät äärimmäisen lyhyitä valopurskeita, joita kutsutaan attosekuntipulsseiksi , mikä mahdollisti ensimmäistä kertaa elektronin liikkeen havainnoinnin [171] [172] .

Elektronien jakautuminen kiinteissä materiaaleissa voidaan visualisoida käyttämällä kulmaresoluutiofotoemissiospektroskopiaa (ARPES). Tämä menetelmä käyttää valosähköistä vaikutusta niiden ominaisuuksien mittaamiseen käänteisavaruudessa , mikä on kätevä alkuperäisen hilan muodostamiseen käytettyjen jaksollisten rakenteiden matemaattiseen esitykseen. ARPES:n avulla voidaan määrittää materiaalissa olevien elektronien suunta, nopeus ja sironta [173] .

Plasmatekniikka

Hiukkassäteet

Hitsauksessa käytetään elektronisuihkuja [175] . Niiden avulla voidaan saavuttaa jopa 107  W cm – 2 energiatiheys halkaisijaltaan 0,1–1,3 mm :n polttopisteessä eivätkä yleensä vaadi lisäaineita . Tämä hitsausmenetelmä on suoritettava tyhjiössä, jotta elektronit eivät ole vuorovaikutuksessa jäännöskaasujen kanssa ennen kuin ne saavuttavat pinnan. Sitä voidaan käyttää johtavien materiaalien liittämiseen, joita muutoin pidettäisiin hitsaukseen sopimattomina [176] [177] .

Elektronisuihkulitografia (EBL) on litografiatekniikka, jota käytetään maskien luomiseen elektroniresistissä submikronin resoluutiolla [178] . Tätä menetelmää rajoittavat korkeat kustannukset, alhainen tuottavuus, tarve työskennellä säteen kanssa korkeassa tyhjiössä ja elektronien sironta kiinteissä aineissa. Viimeinen ongelma rajoittaa resoluution noin 10 nm:iin. Tästä syystä ELL:ää käytetään pääasiassa pienten sovelluskohtaisten integroitujen piirien valmistukseen ja tieteelliseen tutkimukseen [179] .

Elektronisuihkukäsittelyä käytetään materiaalien säteilyttämiseen niiden fysikaalisten ominaisuuksien muuttamiseksi tai lääke- ja elintarviketuotteiden steriloimiseksi [180] . Elektronisuihkut ohuita tai lähes sulavia laseja ilman merkittävää lämpötilan nousua intensiivisen säteilytyksen aikana: esimerkiksi voimakas elektronisäteily aiheuttaa viskositeetin laskun useiden suuruusluokkien verran ja sen aktivointienergian asteittaista laskua [181] . Elektronisuihkulämmitystä käytetään korkean energiapitoisuuden saamiseksi pienelle alueelle säteilytettyä materiaalia suhteellisen pienillä virroilla, mikä voi johtaa fysikaalisiin ja kemiallisiin reaktioihin pinnalla. Tietyissä olosuhteissa on mahdollista saavuttaa materiaalin tunkeutuminen muodostamalla läpimeneviä reikiä [182] , mikä mahdollistaa useiden senttimetrien paksuisten materiaalilevyjen leikkaamisen [183] . Erittäin puhtaiden materiaalien saamiseksi käytetään elektronisuihkusulatusta . Riittävän korkeassa lämpötilassa elektronisuihku lämmittää materiaalin pinnan, mikä johtaa sen nopeaan haihtumiseen - tätä periaatetta käytetään ohutkalvoteknologioissa hiukkassuihkujen luomiseen, jonka jälkeen se laskeutuu alustalle [184] [185] .

Syklotron [186] , betatron [187] , synkrotroni [188] erotetaan syklisistä kiihdyttimistä . Lineaariset hiukkaskiihdyttimet tuottavat elektronisäteitä pinnallisten kasvainten hoitoon sädehoidossa . Elektroniterapialla voidaan poistaa ihovaurioita, kuten tyvisolusyöpää, koska elektronisäde tunkeutuu vain rajoitettuun syvyyteen, kunnes se imeytyy kokonaan, tyypillisesti jopa 5 cm, kun elektronien energiat ovat alueella 5–20  MeV . Elektronisuihkulla voidaan käsitellä röntgensäteille alttiina olevia alueita [189] [190] .

Hiukkaskiihdyttimet käyttävät sähkökenttiä elektronien ja niiden antihiukkasten kiihdyttämiseen suuriin energioihin. Nämä hiukkaset lähettävät synkrotronisäteilyä liikkuessaan magneettikentissä. Tämän säteilyn intensiteetin riippuvuus spinistä polarisoi elektronisuihkun, prosessi, joka tunnetaan nimellä Sokolov-Ternov-ilmiö [f] . Polarisoidut elektronisäteet voivat olla hyödyllisiä erilaisissa kokeissa. Synkrotronisäteily voi myös jäähdyttää elektronisäteitä hiukkasten liikemäärän leviämisen vähentämiseksi. Elektronisäteet ja positronit törmäävät, kun hiukkaset kiihdytetään vaadittuihin energioihin; hiukkasilmaisimet tarkkailevat syntyvää energiasäteilyä, jota hiukkasfysiikka tutkii [192] .

Visualisointi

Low-energy elektronidiffraktio (LEED) on menetelmä tutkia kiteistä materiaalia kollimoidulla elektronisuihkulla ja sitten tarkkailla tuloksena olevia diffraktiokuvioita materiaalin rakenteen määrittämiseksi. Tarvittava elektronienergia on yleensä välillä 20-200 eV [193] . Heijastuskorkean energian elektronidiffraktio ( HEED ) käyttää näytteen pinnalle tulevan elektronisäteen heijastusta eri pienissä kulmissa kiteisten materiaalien pinnan luonnehtimiseen. Säteen energia on yleensä välillä 8-20 keV ja tulokulma 1-4° [194] [195] .

Elektronimikroskooppi ohjaa fokusoidun elektronisäteen näytteeseen. Jotkut elektronit muuttavat sirontaominaisuuksiaan, mukaan lukien kulkusuunta, kulma, suhteellinen vaihe ja energia, kun säde on vuorovaikutuksessa materiaalin kanssa. Mikroskoopin ilmaisimet voivat havaita nämä muutokset tuottaakseen atomiresoluutiokuvan materiaalista [196] . Sinisessä valossa tavanomaisten optisten mikroskooppien diffraktiorajoitettu resoluutio on noin 200 nm [197] . Vertailun vuoksi elektronimikroskooppeja rajoittaa teoriassa elektronin de Broglien aallonpituus . Tämä aallonpituus on esimerkiksi 0,0037 nm elektroneille, jotka on kiihdytetty 100 000 V :n potentiaaliin [198] . Aberraatiokorjattu transmissioelektronimikroskooppi pystyy mittaamaan alle 0,05 nm:n etäisyyksiä, mikä on enemmän kuin tarpeeksi yksittäisten atomien erottamiseen [199] . Tämä ominaisuus tekee elektronimikroskoopista hyödyllisen laboratoriotyökalun korkearesoluutioiseen kuvantamiseen. Elektronimikroskoopit ovat kuitenkin kalliita laitteita, jotka vaativat paljon huoltoa [200] .

Röntgenputkia käytetään radiografiassa, jossa katodi kuumennettaessa emittoi elektroneja, jotka kiihtyvät katodin ja anodin välisessä tyhjiövälissä suurella potentiaalierolla. Tuloksena oleva kiihdytetty elektronisuihku osuu positiivisesti varautuneeseen anodiin, jossa elektronit kokevat jyrkän hidastuvuuden, jonka seurauksena röntgensäteen katkeaminen tapahtuu. Hidastusprosessissa vain noin 1 % elektronin kineettisestä energiasta menee röntgensäteisiin, 99 % energiasta muuttuu lämmöksi [201] .

Elektronimikroskooppeja on kahta päätyyppiä: lähetys- ja pyyhkäisy . Transmissioelektronimikroskoopit toimivat kuin piirtoheittimet : elektronisäde johdetaan materiaaliviipaleen läpi ja projisoidaan sitten linssien avulla lasilevylle tai varauskytketylle laitteelle . Pyyhkäisyelektronimikroskoopit rasteroivat hienosti fokusoidun elektronisuihkun, kuten television katodisädeputkessa, tutkittavaan näytteeseen kuvan saamiseksi. Suurennus vaihtelee 100x ja 1 000 000x tai enemmän molemmissa mikroskoopeissa. Pyyhkäisytunnelointimikroskooppi käyttää elektronien kvanttitunnelointia terävän metallikärjen (neulan) ja tutkittavan materiaalin atomien välillä ja luo sen pinnasta kuvan atomiresoluutiolla [202] [203] [204] .

Muut sovellukset

Vapaan elektronilaserissa (FEL) relativististen elektronien säde kulkee aaltoputkiparin läpi, joka sisältää dipolimagneettiryhmiä, joiden kentät ovat vastakkaisia. Elektronit lähettävät synkrotronisäteilyä, joka on koherentisti vuorovaikutuksessa samojen elektronien kanssa, mikä vahvistaa suuresti säteilykenttää resonanssitaajuudella . FEL voi lähettää koherentin sähkömagneettisen säteilyn suurella kirkkaudella ja laajalla taajuusalueella mikroaalloista pehmeisiin röntgensäteisiin. Näitä laitteita käytetään valmistuksessa, viestinnässä ja lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten pehmytkudoskirurgiassa [205] .

Elektroneilla on tärkeä rooli katodisädeputkissa , joita on käytetty laajalti näyttölaitteina laboratorioinstrumenteissa, tietokonenäytöissä ja televisioissa [206] . Valomonistimessa jokainen fotokatodille osuva fotoni käynnistää elektronien lumivyöryn, joka luo havaittavan virtapulssin [207] . Tyhjiöputket käyttävät elektronien virtaa sähköisten signaalien ohjaamiseen, ja niillä on ollut ratkaiseva rooli elektroniikkatekniikan kehityksessä. Kuitenkin ne ovat sittemmin suurelta osin syrjäytyneet puolijohdelaitteilla , kuten transistori [208] .

Muistiinpanot

Kommentit

  1. ↑ Huomaa, että vanhemmat lähteet ilmoittavat varaus-massasuhteen nykyaikaisen massa-varaustavan sijaan.
  2. ↑ Tämä suure saadaan spinkvanttiluvusta as kvanttiluvulle s =yksi2.
  3. ↑ Bohrin magnetoni:
  4. ↑ Elektronin klassinen säde löydetään seuraavasti. Oletetaan, että elektronin varaus on jakautunut tasaisesti pallon tilavuudelle. Koska yksi osa pallosta hylkii muita osia, pallo sisältää sähköstaattista potentiaalienergiaa. Oletetaan, että tämä energia on yhtä suuri kuin elektronin lepoenergia, joka on määritetty erityisellä suhteellisuusteorialla ( E  =  mc 2 ). Sähköstaattisen teorian perusteella tasaisesti varautuneen pallon, jonka säde on r ja varaus e , potentiaalienergia määräytyy lausekkeella: missä ε 0  on tyhjiön permittiivisyys. Elektronille, jonka lepomassa on m 0 , lepoenergia on yhtä suuri kuin: missä c  on valon nopeus tyhjiössä. Yhtälöimällä ne ja löytämällä r , saamme elektronin klassisen säteen.
    Katso: Haken, Wolf, & Brewer (2005).
  5. ↑ Ei-relativististen elektronien säteilyä kutsutaan joskus syklotronisäteilyksi .
  6. ↑ Elektronisuihkun polarisaatio tarkoittaa, että kaikkien elektronien spinit on suunnattu samaan suuntaan. Toisin sanoen kaikkien elektronien spinien projektioilla niiden liikemäärävektoriin on sama merkki [191] .

Lähteet

  1. ↑ Ivanov I. Hämmästyttävä maailma atomiytimen sisällä : Populaaritieteellinen luento koululaisille. FIAN, 11. syyskuuta 2007.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 Fysikaaliset perusvakiot – täydellinen luettelo . CODATA. NIST.
  3. ↑ 1 2 Agostini M. et ai. ( Borexino Coll.). Sähkövarauksen säilymisen testi Borexinon kanssa  // Physical Review Letters  . - 2015. - Vol. 115 , iss. 23 . — P. 231802 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.115.231802 . - arXiv : 1509.01223 .
  4. ↑ Takaisin HO et al. ( Borexino Coll.). Etsi elektronien vaimenemistila e → γ + ν Borexino-detektorin prototyypillä   // Phys . Lett. B. - 2002. - Voi. 525 , iss. 1-2 . - s. 29-40 . - doi : 10.1016/S0370-2693(01)01440-X . - .
  5. ↑ 1 2 Myös sama kuin electrum : "meripihkanvärinen kullan (80 %) ja hopean (20 %) seos" ( Chernykh P. Ya. Historiallinen ja etymologinen sanakirja).
  6. ↑ Jerry-kahvi. Mikä on elektroni (10. syyskuuta 2010). Haettu: 3.9.2022.
  7. ↑ 1 2 3 Curtis, L.J. Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach . - ISBN 978-0-521-53635-6 .
  8. ↑ 1 2 Eichten, EJ (1983). "Uudet testit Quark- ja Lepton-alusrakenteelle". Physical Review Letters . 50 (11): 811-814. Bibcode : 1983PhRvL..50..811E . DOI : 10.1103/PhysRevLett.50.811 .
  9. ↑ 1 2 CODATA-arvo: protoni-elektronimassasuhde . 2006 CODATA suositellut arvot . National Institute of Standards and Technology . Haettu: 18. heinäkuuta 2009.
  10. ↑ 1 2 Pauling, LC Kemiallisen sidoksen luonne ja molekyylien ja kiteiden rakenne: johdatus nykyaikaiseen rakennekemiaan . – 3. - Cornell University Press, 1960. - P. 4-10. - ISBN 978-0-8014-0333-0 .
  11. ↑ 1 2 3 Arabatzis, T. Elektronien edustaminen: Biografinen lähestymistapa teoreettisiin kokonaisuuksiin . — University of Chicago Press, 2006. — s. 70–74, 96. — ISBN 978-0-226-02421-9 .
  12. ↑ 1 2 Benjamin, Park (1898), Sähkön historia (Sähkön älyllinen nousu) antiikista Benjamin Franklinin päiviin , New York: J. Wiley, s. 315, 484–5, ISBN 978-1-313-10605-4 , < https://archive.org/details/cu31924004128686/page/n10 > 
  13. ↑ Keithley, JF Sähköisten ja magneettisten mittausten tarina: Vuodesta 500 eKr. 1940-luvulle . - IEEE Press , 1999. - s. 19–20. - ISBN 978-0-7803-1193-0 .
  14. ↑ Cajori, Florian. Fysiikan historia sen alkeisaloilla: mukaan lukien fyysisten laboratorioiden kehitys . - Macmillan, 1917.
  15. ↑ Benjamin Franklin (1706–1790) . Eric Weissteinin elämäkerran maailma . Wolfram tutkimus . Haettu: 16. joulukuuta 2010.
  16. ↑ Myers, R.L. Fysiikan perusteet . - Greenwood Publishing Group , 2006. - S. 242. - ISBN 978-0-313-32857-2 .
  17. ↑ Farrar, WV (1969). "Richard Laming ja hiili-kaasuteollisuus, hänen näkemyksensä aineen rakenteesta." Tiedekirjat . 25 (3): 243-254. DOI : 10.1080/00033796900200141 .
  18. ↑ Barrow, JD (1983). "Luonnolliset yksiköt ennen Planckia". Neljännesvuosittain ilmestyvä Royal Astronomical Societyn lehti . 24 :24-26. Bibcode : 1983QJRAS..24...24B .
  19. ↑ Okamura, Sōgo. Elektroniputkien historia . - IOS Press, 1994. - S. 11. - "Vuonna 1881 Stoney nimesi tämän sähkömagneettiseksi. Sitä alettiin kutsua "elektroniksi" vuodesta 1891. [...] Vuonna 1906 esitettiin ehdotus kutsua katodisädehiukkasia "elektroneiksi", mutta Lorentzin Hollandin mielipiteen ansiosta "elektroneja" alettiin käyttää laajalti. Vuonna 1881 Stoney nimesi tämän sähkömagneettisen ilmiön "electrolyoniksi". Vuodesta 1891 lähtien häntä alettiin kutsua "elektroniksi". [...] Vuonna 1906 esitettiin ehdotus kutsua katodisäteiden hiukkasia "elektroneiksi", mutta Lorentzin jälkeen nimi "elektroneja" tuli laajalti käyttöön. — ISBN 978-90-5199-145-1 .
  20. ↑ Stoney, G. J. (1894). ""Elektronista" tai sähköatomista" . Filosofinen aikakauslehti . 38 (5): 418-420. DOI : 10.1080/14786449408620653 .
  21. ↑ "elektroni, n.2". O.E.D. Online. Maaliskuu 2013. Oxford University Press. Käytetty 12. huhtikuuta 2013
  22. ↑ Sanojen mysteerit ja historiat. - Houghton Mifflin, 1986. - s. 73. - ISBN 978-0-395-40265-8 .
  23. ↑ Websterin uuden maailman sanakirja. - Prentice Hall, 1970. - S. 450.
  24. ↑ Born, M. Atomic Physics  / M. Born, RJ Blin-Stoyle, JM Radcliffe. - Courier Dover , 1989. - P. 26. - ISBN 978-0-486-65984-8 .
  25. ↑ Plücker, M. (1858-12-01). "XLVI. Havaintoja harvinaisten kaasujen aiheuttamasta sähköpurkauksesta” . The London, Edinburgh ja Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 16 (109): 408-418. DOI : 10.1080/14786445808642591 . ISSN  1941-5982 .
  26. ↑ 1 2 3 Leicester, HM The Historical Background of Chemistry . - Courier Dover , 1971. - S. 221-222. - ISBN 978-0-486-61053-5 .
  27. ↑ 1 2 Whittaker, E. T. Eetterin ja sähkön teorioiden historia . - Nelson, 1951. - Voi. yksi.
  28. ↑ DeKosky, R.K. (1983). "William Crookes ja absoluuttisen tyhjiön etsintä 1870-luvulla". Tiedekirjat . 40 (1): 1-18. DOI : 10.1080/00033798300200101 .
  29. ↑ 1 2 Schuster, Arthur (1890). "Sähkön purkaminen kaasujen kautta". Proceedings of the Royal Society of London . 47 : 526-559. DOI : 10.1098/rspl.1889.0111 .
  30. ↑ Wilczek, Frank (kesäkuu 2012). "Hyvää syntymäpäivää, elektroni" . Tieteellinen amerikkalainen .
  31. ↑ Trenn, TJ (1976). "Rutherford radioaktiivisten säteiden alfa-beta-gamma-luokittelusta". Isis . 67 (1): 61-75. DOI : 10.1086/351545 .
  32. ↑ Becquerel, H. (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Electrique". Comptes rendus de l'Académie des sciences [ fr. ]. 130 : 809-815.
  33. ↑ Buchwald ja Warwick (2001:90-91).
  34. ↑ Myers, W. G. (1976). "Becquerelin radioaktiivisuuden löytö vuonna 1896" . Journal of Nuclear Medicine . 17 (7): 579-582. PMID 775027 .  
  35. ↑ Thomson. Nobel-luento: Negatiivisen sähkön kantajat . Nobelin säätiö . Haettu 25. elokuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 10. lokakuuta 2008.
  36. ↑ O'Hara, JG (maaliskuu 1975). "George Johnstone Stoney, FRS ja elektronin käsite". Lontoon kuninkaallisen seuran muistiinpanot ja asiakirjat . Kuninkaallinen yhteisö. 29 (2): 265-276. DOI : 10.1098/rsnr.1975.0018 .
  37. ↑ Abraham Pais (1997). "Elektronin löytö - 100 vuotta alkuainehiukkasia" (PDF) . Säteen linja . 1 : 4-16.
  38. ↑ Kaufmann, W. (1897). "Die magnetische Ablenkbarkeit der Kathodenstrahlen und ihre Abhängigkeit vom Entladungspotential" . Annalen der Physik und Chemie . 297 (7): 544-552. Bibcode : 1897AnP...297..544K . DOI : 10.1002/andp.18972970709 . ISSN  0003-3804 .
  39. ↑ Kikoin, I. K. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (kahdeksaskymmenes syntymäpäivänään)". Neuvostoliiton fysiikka Uspekhi . 3 (5): 798-809. Bibcode : 1961SvPhU...3...798K . DOI : 10.1070/PU1961v003n05ABEH005812 . Alkuperäinen julkaisu venäjäksi: Kikoin, I.K. (1960). "Akateemikko A.F. Ioff". Fysikaalisten tieteiden edistysaskel . 72 (10): 303-321. DOI : 10.3367/UFNr.0072.196010e.0307 .
  40. ↑ Millikan, R.A. (1911). "Ionin eristäminen, sen varauksen tarkkuusmittaus ja Stokesin lain korjaus" (PDF) . Fyysinen arvostelu . 32 (2): 349-397. Bibcode : 1911PhRvI..32..349M . DOI : 10.1103/PhysRevSeriesI.32.349 .
  41. ↑ Das Gupta, N.N. (1999). "Raportti Wilson Cloud Chamberista ja sen sovelluksista fysiikassa." Modernin fysiikan arvostelut . 18 (2): 225-290. Bibcode : 1946RvMP...18..225G . DOI : 10.1103/RevModPhys.18.225 .
  42. ↑ 1 2 3 Smirnov, BM Atomien ja ionien fysiikka . — Springer , 2003. — S. 14–21. — ISBN 978-0-387-95550-6 .
  43. ↑ Bohr. Nobel-luento: Atomin rakenne . Nobelin säätiö . Haettu: 3. joulukuuta 2008.
  44. ↑ Lewis, G.N. (1916). "Atomi ja molekyyli" . American Chemical Societyn lehti . 38 (4): 762-786. DOI : 10.1021/ja02261a002 .
  45. ↑ 1 2 Arabatzis, T. (1997). "Kemistien elektroni" (PDF) . European Journal of Physics . 18 (3): 150-163. Bibcode : 1997EJPh...18..150A . DOI : 10.1088/0143-0807/18/3/005 .
  46. ↑ Langmuir, I. (1919). "Elektronien järjestys atomeissa ja molekyyleissä" . American Chemical Societyn lehti . 41 (6): 868-934. DOI : 10.1021/ja02227a002 .
  47. ↑ Scerri, ER Jaksollinen järjestelmä . — ISBN 978-0-19-530573-9 .
  48. ↑ Massimi, M. Paulin poissulkemisperiaate, Tieteellisen periaatteen alkuperä ja validointi . - ISBN 978-0-521-83911-2 .
  49. ↑ Uhlenbeck, G.E. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften [ saksa ] ]. 13 (47): 953-954. Bibcode : 1925NW.....13..953E . DOI : 10.1007/BF01558878 .
  50. ↑ Pauli, W. (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift fur Physik [ saksa ] ]. 16 (1): 155-164. Bibcode : 1923ZPhy...16..155P . DOI : 10.1007/BF01327386 .
  51. ↑ 12 de Broglie . Nobel-luento: Elektronin aaltoluonto . Nobelin säätiö . Haettu: 30. elokuuta 2008.
  52. ↑ Falkenburg, B. Hiukkasten metafysiikka: Kriittinen kuvaus subatomisesta todellisuudesta . - Springer , 2007. - s. 85. - ISBN 978-3-540-33731-7 .
  53. ↑ Davisson. Nobel-luento: Elektroniaaltojen löytö . Nobelin säätiö . Haettu: 30. elokuuta 2008.
  54. ↑ Schrodinger, E. (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik [ saksa ] ]. 385 (13): 437-490. Bibcode : 1926AnP...385..437S . DOI : 10.1002/andp.19263851302 .
  55. ↑ Rigden, J.S. Hydrogen . — Harvard University Press, 2003. — s. 59–86. - ISBN 978-0-674-01252-3 .
  56. ↑ Reed, B.C. Quantum Mechanics . — Jones & Bartlett Publishers , 2007. — S. 275–350. — ISBN 978-0-7637-4451-9 .
  57. ↑ Dirac, PAM (1928). "Elektronin kvanttiteoria" (PDF) . Proceedings of the Royal Society A . 117 (778): 610-624. Bibcode : 1928RSPSA.117..610D . DOI : 10.1098/rspa.1928.0023 .
  58. ↑ Dirac. Nobel-luento: Elektronien ja positronien teoria . Nobelin säätiö . Haettu: 1.11.2008.
  59. ↑ Anderson, CD (1933). "Positiivinen elektroni". Fyysinen arvostelu . 43 (6): 491-494. Bibcode : 1933PhRv...43..491A . DOI : 10.1103/PhysRev.43.491 .
  60. ↑ Nobelin fysiikan palkinto 1965 . Nobelin säätiö . Haettu: 4.11.2008.
  61. ↑ Panofsky, WKH (1997). "Partikkelikiihdyttimien ja törmäyslaitteiden kehitys" (PDF) . Säteen linja . 27 (1):36-44 . Haettu 15.9.2008 .
  62. ↑ Vanhin, F. R. (1947). "Säteily elektroneista synkrotronissa". Fyysinen arvostelu . 71 (11): 829-830. Bibcode : 1947PhRv...71..829E . DOI : 10.1103/PhysRev.71.829.5 .
  63. ↑ Hoddeson, L. Standardimallin nousu: hiukkasfysiikka 1960- ja 1970-luvuilla . - Cambridge University Press , 1997. - s. 25-26. - ISBN 978-0-521-57816-5 .
  64. ↑ Bernardini, C. (2004). "AdA: Ensimmäinen elektroni-positronitörmäitin". Fysiikka näkökulmasta . 6 (2): 156-183. Bibcode : 2004PhP.....6...156B . DOI : 10.1007/s00016-003-0202-y .
  65. ↑ Standardimallin testaus: LEP-kokeet . CERN . Haettu 15. syyskuuta 2008.
  66. ↑ "LEP korjaa viimeisen sadon" . Cern Courier . 40 (10). 2000.
  67. ↑ Prati, E. (2012). "Harva elektroniraja n-tyypin metallioksidipuolijohteisille yksielektronitransistoreille". Nanoteknologia . 23 (21): 215204. arXiv : 1203.4811 . Bibcode : 2012Nanot..23u5204P . DOI : 10.1088/0957-4484/23/21/215204 . PMID22552118  _ _
  68. ↑ Green, M.A. (1990). "Sisäinen pitoisuus, efektiiviset tilojen tiheydet ja efektiivinen massa piissä". Journal of Applied Physics . 67 (6): 2944-2954. Bibcode : 1990JAP....67.2944G . DOI : 10.1063/1.345414 .
  69. ↑ Frampton, P.H. (2000). "Kvarkit ja leptonit kolmannen sukupolven ulkopuolella". Fysiikan raportit . 330 (5-6): 263-348. arXiv : hep-ph/9903387 . Bibcode : 2000PhR...330..263F . DOI : 10.1016/S0370-1573(99)00095-2 .
  70. ↑ 1 2 3 Raith, W. Aineen ainesosat: atomit, molekyylit, ytimet ja hiukkaset / W. Raith, T. Mulvey. - CRC Press , 2001. - P. 777-781. - ISBN 978-0-8493-1202-1 .
  71. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 CODATAn alkuperäinen lähde on Mohr, PJ (2008). "CODATA:n suositellut fysikaalisten perusvakioiden arvot". Modernin fysiikan arvostelut . 80 (2): 633-730. arXiv : 0801.0028 . Bibcode : 2008RvMP...80..633M . DOI : 10.1103/RevModPhys.80.633 .
  72. ↑ Zombeck, MV Handbook of Space Astronomy and Astrophysics . – 3. - Cambridge University Press, 2007. - S. 14. - ISBN 978-0-521-78242-5 .
  73. ↑ Murphy, M.T. (2008). "Vahva raja kaukaisen maailmankaikkeuden molekyylien muuttuvalle protoni-elektronimassasuhteelle." tiede . 320 (5883): 1611-1613. arXiv : 0806.3081 . Bibcode : 2008Sci...320.1611M . DOI : 10.1126/tiede.1156352 . PMID 18566280 .  
  74. ↑ Zorn, JC (1963). "Kokeelliset rajat elektroni-protonivarauserolle ja neutronin varaukselle". Fyysinen arvostelu . 129 (6): 2566-2576. Bibcode : 1963PhRv..129.2566Z . DOI : 10.1103/PhysRev.129.2566 .
  75. ↑ Gupta, M.C. Atomi- ja molekyylispektroskopia . - New Age Publishers, 2001. - S. 81. - ISBN 978-81-224-1300-7 .
  76. ↑ 1 2 Odom, B. (2006). "Uusi elektronin magneettisen momentin mittaus käyttämällä yksielektronista kvanttisyklotronia". Physical Review Letters . 97 (3): 030801. Bibcode : 2006PhRvL..97c0801O . DOI : 10.1103/PhysRevLett.97.030801 . PMID 16907490 .  
  77. ↑ Gabrielse, G. (2006). "Hienorakennevakion uusi määritys elektroni g - arvosta ja QED:stä". Physical Review Letters . 97 (3): 030802 (1–4). Tuotekoodi : 2006PhRvL..97c0802G . DOI : 10.1103/PhysRevLett.97.030802 . PMID 16907491 .  
  78. ↑ Komar, A. A. Elektron // Physical Encyclopedia  : [5 osassa] / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1999. - V. 5: Stroboskooppiset laitteet - Kirkkaus. — 692 s. - 20 000 kappaletta.  — ISBN 5-85270-101-7 .
  79. ↑ Petrov, Aleksei A. David vs. Goljat: Mitä pieni elektroni voi kertoa meille maailmankaikkeuden  rakenteesta . https://theconversation.com . Keskustelu (20.12.2018). Haettu: 18.7.2022.
  80. ↑ Shpolsky, Eduard Vladimirovich , Atomifysiikka (Atomnaia fizika), toinen painos, 1951
  81. ↑ Dehmelt, H. (1988). "Yksittäinen atomihiukkanen kelluu ikuisesti levossa vapaassa tilassa: uusi arvo elektronisäteelle." Physica Scripta . T22 : 102-110. Bibcode : 1988PhST...22..102D . DOI : 10.1088/0031-8949/1988/T22/016 .
  82. ↑ Gabrielse, Gerald Electron Substructure . Harvardin yliopisto. Haettu 21. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 10. huhtikuuta 2019.
  83. ↑ Meschede, D. Optiikka, valo ja laserit: Fotoniikan ja laserfysiikan nykyaikaisten näkökohtien käytännöllinen lähestymistapa . - Wiley-VCH , 2004. - S. 168. - ISBN 978-3-527-40364-6 .
  84. ↑ Steinberg, R.I. (1999). "Kokeellinen testi varauksen säilymisestä ja elektronin stabiilisuudesta". Fyysinen arvostelu D. 61 (2): 2582-2586. Bibcode : 1975PhRvD..12.2582S . DOI : 10.1103/PhysRevD.12.2582 .
  85. ↑ Beringer, J. (2012). "Katsaus hiukkasfysiikasta: [elektronin ominaisuudet]" (PDF) . Fyysinen arvostelu D. 86 (1): 010001. Bibcode : 2012PhRvD..86a0001B . DOI : 10.1103/PhysRevD.86.010001 .
  86. ↑ Takaisin, HO (2002). "Etsi elektronien vaimenemismoodia e → γ + ν Borexino-detektorin prototyypillä". Fysiikka Kirjain B. 525 (1-2): 29-40. Bibcode : 2002PhLB..525...29B . DOI : 10.1016/S0370-2693(01)01440-X .
  87. ↑ Iso- Britannia | Englanti | Fyysikot "saavat elektronit halkeamaan" . BBC News (28. elokuuta 2009). Haettu: 11.7.2016.
  88. ↑ Luonnon rakennuspalikkakäyttäytymisen löytäminen voi johtaa tietokonevallankumoukseen . Science Daily (31. heinäkuuta 2009)
  89. ↑ Yarris, Lynn. Ensimmäiset suorat havainnot spinoneista ja holoneista . Lbl.gov (13. heinäkuuta 2006). Haettu: 11.7.2016.
  90. ↑ Weller, Paul F. Analogia alkeiskaistateorian käsitteille kiintoaineissa  //  J. Chem. Koulutus: päiväkirja. - 1967. - Voi. 44 , no. 7 . - s. 391 . doi : 10.1021 / ed044p391 .
  91. ↑ Slyusar, V.I. Nanoantennit: lähestymistavat ja näkymät. - C. 58 - 65. . Elektroniikka: tiede, teknologia, liiketoiminta. - 2009. - nro 2. C. 63 (2009). Haettu 3. kesäkuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 3. kesäkuuta 2021.
  92. ↑ Eibenberger, Sandra; et ai. (2013). "Aineaaltojen häiriö molekyylikirjastosta valittujen hiukkasten kanssa, joiden massat ylittävät 10000 amu". Fysikaalinen kemia Kemiallinen fysiikka . 15 (35): 14696-14700. arXiv : 1310.8343 . Bibcode : 2013PCCP...1514696E . DOI : 10.1039/C3CP51500A . PMID  23900710 . S2CID  3944699 .
  93. ↑ 1 2 3 4 5 Munowitz, M. Knowing the Nature of Physical Law . - Oxford University Press, 2005. - s  . 162 . — ISBN 978-0-19-516737-5 .
  94. ↑ Kane, G. (9. lokakuuta 2006). "Pyökkäävätkö virtuaalihiukkaset jatkuvasti sisään ja ulos? Vai ovatko ne vain matemaattinen kirjanpitolaite kvanttimekaniikkaan? . Tieteellinen amerikkalainen . Haettu 19. syyskuuta 2008 .
  95. ↑ Taylor, J. Uusi fysiikka. - Cambridge University Press , 1989. - ISBN 978-0-521-43831-5 .
  96. ↑ 1 2 Genz, H. Nothingness: The Science of Empty Space . — Da Capo Press , 2001. — s.  241–243, 245–247 . - ISBN 978-0-7382-0610-3 .
  97. ↑ Gribbin . Enemmän elektroneja kuin näkee , New Scientist  (25. tammikuuta 1997). Haettu 17. syyskuuta 2008.
  98. ↑ Levine, I. (1997). "Sähkömagneettisen kytkennän mittaus suuren liikkeensiirron yhteydessä". Physical Review Letters . 78 (3): 424-427. Bibcode : 1997PhRvL..78..424L . DOI : 10.1103/PhysRevLett.78.424 .
  99. ↑ Murayama, H. (10.–17. maaliskuuta 2006). Supersymmetrian rikkominen on helppoa, käyttökelpoista ja yleistä . XLIInd Rencontres de Moriondin julkaisut Electroweak-vuorovaikutuksista ja yhtenäisistä teorioista. La Thuile, Italia. arXiv : 0709.3041 . Bibcode : 2007arXiv0709.3041M . — luettelee 9 %:n massaeron elektronille, joka on Planckin etäisyyden kokoinen .
  100. ↑ Schwinger, J. (1948). "Kvanttielektrodynamiikasta ja elektronin magneettisesta hetkestä". Fyysinen arvostelu . 73 (4): 416-417. Bibcode : 1948PhRv...73..416S . DOI : 10.1103/PhysRev.73.416 .
  101. ↑ Huang, K. Luonnon perusvoimat: Mittarikenttien tarina . - World Scientific , 2007. - S. 123-125. - ISBN 978-981-270-645-4 .
  102. ↑ Foldy, LL (1950). "Spin 1/2 -hiukkasten Dirac-teoriasta ja sen ei-relativistisesta rajasta." Fyysinen arvostelu . 78 (1): 29-36. Bibcode : 1950PhRv...78...29F . DOI : 10.1103/PhysRev.78.29 .
  103. ↑ Foldy, 1950 , s. 32.
  104. ↑ 1 2 Griffiths, David J. Johdatus sähködynamiikkaan . – 3. - Prentice Hall, 1998. - ISBN 978-0-13-805326-0 .
  105. ↑ Crowell, B. Sähkö ja magnetismi . - Valo ja aine, 2000. - S. 129-152. - ISBN 978-0-9704670-4-1 .
  106. ↑ Mahadevan, R. (1996). "Harmonia elektroneissa: termisten elektronien syklotroni- ja synkrotroniemissio magneettikentässä". Astrophysical Journal . 465 : 327-337. arXiv : astro-ph/9601073 . Bibcode : 1996ApJ...465..327M . DOI : 10.1086/177422 .
  107. ↑ Rohrlich, F. (1999). "Itsevoima ja säteilyreaktio". American Journal of Physics . 68 (12): 1109-1112. Bibcode : 2000AmJPh..68.1109R . DOI : 10.1119/1.1286430 .
  108. ↑ Georgi, H. Grand Unified Theories // Uusi fysiikka / Davies, Paul. - Cambridge University Press, 1989. - s. 427. - ISBN 978-0-521-43831-5 .
  109. ↑ Blumenthal, GJ (1970). "Laimeiden kaasujen läpi kulkevien suurienergisten elektronien Bremsstrahlung, Synkrotronisäteily ja Compton-sironta." Modernin fysiikan arvostelut . 42 (2): 237-270. Bibcode : 1970RvMP...42..237B . DOI : 10.1103/RevModPhys.42.237 .
  110. ↑ Nobelin fysiikan palkinto 1927 . Nobelin säätiö . Haettu: 28. syyskuuta 2008.
  111. ↑ Chen, S.-Y. (1998). "Relativistisen epälineaarisen Thomsonin sironnan kokeellinen havainto". luonto . 396 (6712): 653-655. arXiv : physics/9810036 . Bibcode : 1998Natur.396..653C . DOI : 10.1038/25303 .
  112. ↑ Beringer, R. (1942). "Positronin tuhoutumissäteilyn kulmajakauma". Fyysinen arvostelu . 61 (5-6): 222-224. Bibcode : 1942PhRv...61..222B . DOI : 10.1103/PhysRev.61.222 .
  113. ↑ Buffa, A. College Physics . – 4. - Prentice Hall, 2000. - S. 888. - ISBN 978-0-13-082444-8 .
  114. ↑ Eichler, J. (2005). "Elektroni-positroniparin muodostuminen relativistisissa ioni-atomi törmäyksissä". Fysiikka Kirjaimet A . 347 (1-3): 67-72. Bibcode : 2005PhLA..347...67E . DOI : 10.1016/j.physleta.2005.06.105 .
  115. ↑ Hubbell, JH (2006). "Elektronipositroniparin tuotanto fotoneilla: historiallinen katsaus" . Säteilyfysiikka ja -kemia . 75 (6): 614-623. Bibcode : 2006RaPC...75..614H . DOI : 10.1016/j.radphyschem.2005.10.008 .
  116. ↑ Quigg, C. Electroweakin teoria .
  117. ↑ Elyashevich, M. A. Atom // Physical Encyclopedia  : [5 osassa] / Ch. toim. A. M. Prokhorov . - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1: Aharonov - Bohm-ilmiö - Pitkät rivit. — 707 s. - 100 000 kappaletta.
  118. ↑ 12 Tipler , Paul. Moderni fysiikka . - 2003. - ISBN 978-0-7167-4345-3 .
  119. ↑ Burhop, EHS The Auger Effect ja muut säteilyttömät siirtymät. - ISBN 978-0-88275-966-1 .
  120. ↑ Jiles, D. Johdatus magnetismiin ja magneettisiin materiaaleihin . - CRC Press , 1998. - S. 280-287. - ISBN 978-0-412-79860-3 .
  121. ↑ Löwdin, P.O. Kvanttikemian perusmaailma: Kunnianosoitus Per-Olov Löwdinin muistolle . - Springer Science + Business Media, 2003. - S. 393-394. - ISBN 978-1-4020-1290-7 .
  122. ↑ McQuarrie, D.A. Physical Chemistry: A Molecular Approach . - University Science Books, 1997. - P. 325-361. - ISBN 978-0-935702-99-6 .
  123. ↑ Daudel, R. (1974). "Elektronipari kemiassa". Canadian Journal of Chemistry . 52 (8): 1310-1320. DOI : 10.1139/v74-201 .
  124. ↑ Rakov, VA Lightning: Fysiikka ja efektit  / VA Rakov, MA Uman. - Cambridge University Press, 2007. - S. 4. - ISBN 978-0-521-03541-5 .
  125. ↑ Freeman, G. R. (1999). "Tribosähkö ja jotkut siihen liittyvät ilmiöt". Materiaalitiede ja -tekniikka . 15 (12): 1454-1458. DOI : 10.1179/026708399101505464 .
  126. ↑ Eteenpäin, KM (2009). "Metodologia hiukkasten ja hiukkasten triboelektrisoinnin tutkimiseksi rakeisissa materiaaleissa". Journal of Electrostatics . 67 (2-3): 178-183. DOI : 10.1016/j.elstat.2008.12.002 .
  127. ↑ Weinberg, S. Subatomisten hiukkasten löytäminen . - ISBN 978-0-521-82351-7 .
  128. ↑ Lou, L.-F. Johdatus fononiin ja elektroneihin . - World Scientific , 2003. - S. 162, 164. - ISBN 978-981-238-461-4 .
  129. ↑ Guru, BS Sähkömagneettisen kentän teoria . - Cambridge University Press, 2004. - s. 138, 276. - ISBN 978-0-521-83016-4 .
  130. ↑ Achuthan, MK Puolijohdelaitteiden perusteet  / MK Achuthan, KN Bhat. — Tata McGraw-Hill , 2007. — S. 49–67. - ISBN 978-0-07-061220-4 .
  131. ↑ 1 2 3 Ziman, JM Elektronit ja fononit: Kiinteiden aineiden kuljetusilmiöiden teoria . - Oxford University Press, 2001. - s. 260. - ISBN 978-0-19-850779-6 .
  132. ↑ Main, P. (12. kesäkuuta 1993). "Kun elektronit kulkevat virran mukana: Poista sähkövastusta aiheuttavat esteet, niin saat ballistisia elektroneja ja kvanttiyllätyksen" . Uusi Tiedemies . 1887 . Haettu 2008-10-09 .
  133. ↑ Blackwell, G. R. The Electronic Packaging Handbook . - CRC Press , 2000. - P. 6.39–6.40. - ISBN 978-0-8493-8591-9 .
  134. ↑ Durrant, A. Aineen kvanttifysiikka: Fyysinen maailma . - CRC Press, 2000. - S. 43, 71-78. - ISBN 978-0-7503-0721-5 .
  135. ↑ Nobelin fysiikan palkinto 1972 . Nobelin säätiö . Haettu 13. lokakuuta 2008.
  136. ↑ Kadin, AM (2007). Cooper-parin tilarakenne. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism . 20 (4): 285-292. arXiv : cond-mat/0510279 . DOI : 10.1007/s10948-006-0198-z .
  137. ↑ P. Monthoux; Balatsky, A.; Pines, D.; et ai. (1992). "Heikko kytkentäteoria korkean lämpötilan suprajohtavuudesta antiferromagneettisesti korreloiduissa kuparioksideissa". Phys. Rev. b . 46 (22): 14803-14817. Bibcode : 1992PhRvB..4614803M . DOI : 10.1103/PhysRevB.46.14803 . PMID  10003579 .
  138. ↑ S. Chakravarty; Sudbo, A.; Anderson, PW; Strong, S.; et ai. (1993). "Kerrosten välinen tunnelointi ja aukon anisotropia korkean lämpötilan suprajohtimissa". tiede . 261 (5119): 337-40. Bibcode : 1993Sci...261..337C . DOI : 10.1126/tiede.261.5119.337 . PMID  17836845 . S2CID  41404478 .
  139. ↑ Jompol, Y. (2009). "Spin-Charge-erotuksen tutkiminen Tomonaga-Luttinger-nesteessä." tiede . 325 (5940): 597-601. arXiv : 1002.2782 . Bibcode : 2009Sci...325..597J . DOI : 10.1126/tiede.1171769 . PMID 19644117 .  
  140. ↑ Löytäminen luonnon rakennuspalikka käyttäytymisestä voi johtaa tietokoneen vallankumoukseen . ScienceDaily (31. heinäkuuta 2009). Haettu: 1. elokuuta 2009.
  141. ↑ Nobelin fysiikan palkinto 1958 Tšerenkov-ilmiön löytämisestä ja tulkinnasta . Nobelin säätiö . Haettu: 25. syyskuuta 2008.
  142. ↑ Erikoissuhteellisuusteoria . Stanford Linear Accelerator Center (26. elokuuta 2008). Haettu: 25. syyskuuta 2008.
  143. ↑ Adams, S. Frontiers: Twentieth Century Physics . - CRC Press , 2000. - ISBN 978-0-7484-0840-5 .
  144. ↑ Bianchini, Lorenzo. Valitut hiukkas- ja ydinfysiikan harjoitukset . - Springer, 2017. - s. 79. - ISBN 978-3-319-70494-4 .
  145. ↑ Lurquin, PF Elämän ja maailmankaikkeuden alkuperä . - Columbia University Press, 2003. - P. 2. - ISBN 978-0-231-12655-7 .
  146. ↑ Silk, J. The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe. – 3. - Macmillan, 2000. - S. 110-112, 134-137. - ISBN 978-0-8050-7256-3 .
  147. ↑ Kolb, E. W. (1980). "Baryonin epäsymmetrian kehitys varhaisessa universumissa" (PDF) . Fysiikka Kirjain B. 91 (2): 217-221. Bibcode : 1980PhLB...91..217K . DOI : 10.1016/0370-2693(80)90435-9 .
  148. ↑ Sather. Aineen epäsymmetrian mysteeri . Stanfordin yliopisto (kevät-kesä 1996). Haettu: 1.11.2008.
  149. ↑ Burles, S.; Nollett, KM & Turner, MS (1999), Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space, arΧiv : astro-ph/9903300 .  
  150. ↑ Boesgaard, A. M. (1985). "Big bang nukleosynteesi – teorioita ja havaintoja". Tähtitieteen ja astrofysiikan vuosikatsaus . 23 (2): 319-378. Bibcode : 1985ARA&A..23..319B . DOI : 10.1146/annurev.aa.23.090185.001535 .
  151. ↑ 1 2 Barkana, R. (2006). "Universumin ensimmäiset tähdet ja kosminen reionisaatio". tiede . 313 (5789): 931-934. arXiv : astro-ph/0608450 . Bibcode : 2006Sci...313..931B . DOI : 10.1126/tiede.1125644 . PMID 16917052 .  
  152. ↑ Burbidge, E.M. (1957). "Elementtien synteesi tähdissä" (PDF) . Modernin fysiikan arvostelut . 29 (4): 548-647. Bibcode : 1957RvMP...29..547B . DOI : 10.1103/RevModPhys.29.547 .
  153. ↑ Rodberg, L.S. (1957). "Pariteetin romahtaminen: viimeaikaiset löydöt luonnonlakien symmetriasta." tiede . 125 (3249): 627-633. Bibcode : 1957Sci...125..627R . DOI : 10.1126/tiede.125.3249.627 . PMID 17810563 .  
  154. ↑ Fryer, C.L. (1999). "Mustan aukon muodostumisen massarajat". Astrophysical Journal . 522 (1): 413-418. arXiv : astro-ph/9902315 . Bibcode : 1999ApJ...522..413F . DOI : 10.1086/307647 .
  155. ↑ Wald, Robert M. Yleinen suhteellisuusteoria . - University of Chicago Press, 1984. - S. 299-300. - ISBN 978-0-226-87033-5 .
  156. ↑ Visser, Matt (2003). "Hawking-säteilyn olennaiset ja välttämättömät piirteet" (PDF) . International Journal of Modern Physics D. 12 (4): 649-661. arXiv : hep-th/0106111 . Bibcode : 2003IJMPD..12..649V . DOI : 10.1142/S0218271803003190 . S2CID  16261173 .
  157. ↑ Laurent, Philippe; Titarchuk, Lev. Elektroni-positroniparin luominen lähellä mustan aukon horisonttia: punasiirtymä tuhoutumisviiva mustan aukon esiintulevissa röntgenspektrissä. I.  // Astrophysical Journal. - 2018. - T. 859:89 . - doi : 10.3847/1538-4357/aac090 .
  158. ↑ Parikh, M.K. (2000). "Hawkingin säteily tunnelointina". Physical Review Letters . 85 (24): 5042-5045. arXiv : hep-th/9907001 . Bibcode : 2000PhRvL..85.5042P . DOI : 10.1103/PhysRevLett.85.5042 . PMID  11102182 .
  159. ↑ Hawking, SW (1974). "Mustan aukon räjähdykset?". luonto . 248 (5443): 30-31. Bibcode : 1974Natur.248...30H . DOI : 10.1038/248030a0 .
  160. ↑ Halzen, F. (2002). "Korkeanenerginen neutriinoastronomia: kosmisen säteilyn yhteys". Raportteja fysiikan edistymisestä . 66 (7): 1025-1078. arXiv : astro-ph/0204527 . Bibcode : 2002RPPh...65.1025H . DOI : 10.1088/0034-4885/65/7/201 .
  161. ↑ Ziegler, JF (1998). Maanpäällisen kosmisen säteen intensiteetit. IBM:n tutkimus- ja kehityslehti . 42 (1): 117-139. Bibcode : 1998IBMJ...42..117Z . DOI : 10.1147/rd.421.0117 .
  162. ↑ Sutton . Muonit, pionit ja muut omituiset hiukkaset , New Scientist  (4. elokuuta 1990). Haettu 28. elokuuta 2008.
  163. ↑ (24. heinäkuuta 2008). Tutkijat ratkaisevat 30 vuotta vanhan aurora borealis -mysteerin . Lehdistötiedote .
  164. ↑ Gurnett, D. A. (1976). "Tyypin III radiopurskeisiin liittyvät elektroniplasman värähtelyt". tiede . 194 (4270): 1159-1162. Bibcode : 1976Sci...194.1159G . DOI : 10.1126/tiede.194.4270.1159 . PMID 17790910 .  
  165. ↑ Martin. Atomispektroskopia: Kokoelma perusideoista, merkinnöistä, tiedoista ja kaavoista . National Institute of Standards and Technology . Haettu: 8. tammikuuta 2007.
  166. ↑ Fowles, G. R. Johdatus nykyaikaiseen optiikkaan . — Courier Dover , 1989. — s. 227–233. — ISBN 978-0-486-65957-2 .
  167. ↑ Grupen, C. (2000). "Partikkelien havaitsemisen fysiikka". AIP-konferenssin tiedote . 536 : 3-34. arXiv : physics/9906063 . Bibcode : 2000AIPC..536....3G . DOI : 10.1063/1.1361756 .
  168. ↑ Nobelin fysiikan palkinto 1989 . Nobelin säätiö . Haettu: 24.9.2008.
  169. ↑ Ekstrom, P. (1980). "Eristetty elektroni" (PDF) . Tieteellinen amerikkalainen . 243 (2): 91-101. Bibcode : 1980SciAm.243b.104E . DOI : 10.1038/scientificamerican0880-104 . Haettu 24.09.2008 .
  170. ↑ Mauritsson. Electron kuvattiin ensimmäistä kertaa koskaan . Lundin yliopisto . Haettu 17. syyskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 25. maaliskuuta 2009.
  171. ↑ Mauritsson, J. (2008). "Koherentti elektronien sironta attosekvanttisen kvantistroboskoopin avulla". Physical Review Letters . 100 (7). arXiv : 0708.1060 . Bibcode : 2008PhRvL.100g3003M . DOI : 10.1103/PhysRevLett.100.073003 . PMID 18352546 .  
  172. ↑ Damascelli, A. (2004). "ARPES:n tutkimalla monimutkaisten järjestelmien elektronista rakennetta". Physica Scripta . T109 : 61-74. arXiv : cond-mat/0307085 . Bibcode : 2004PhST..109...61D . DOI : 10.1238/Physica.Topical.109a00061 .
  173. ↑ Kuva#L-1975-02972 . NASA (4. huhtikuuta 1975). Haettu 20. syyskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 7. joulukuuta 2008.
  174. ↑ Elmer. Elektronisuihkuhitsauksen taiteen standardointi . Lawrence Livermore National Laboratory (3. maaliskuuta 2008). Haettu 16. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 20. syyskuuta 2008.
  175. ↑ Schultz, H. Elektronisuihkuhitsaus . - Woodhead Publishing , 1993. - S. 2-3. - ISBN 978-1-85573-050-2 .
  176. ↑ Benedict, G. F. Ei-perinteiset valmistusprosessit . - CRC Press , 1987. - Voi. 19. - s. 273. - ISBN 978-0-8247-7352-6 .
  177. ↑ Ozdemir, FS (25.–27. kesäkuuta 1979). Elektronisuihkulitografia . 16. suunnitteluautomaatiokonferenssin aineisto. San Diego, CA: IEEE Press . s. 383-391 . Haettu 16. lokakuuta 2008 .
  178. ↑ Madou, MJ Mikrovalmistuksen perusteet: Miniatyrisoinnin tiede . – 2. - CRC Press, 2002. - S. 53-54. - ISBN 978-0-8493-0826-0 .
  179. ↑ Jongen, Y.; Herer, A. (2.–5. toukokuuta 1996). [ei otsikkoa] . APS/AAPT-yhteiskokous. Elektronisuihkuskannaus teollisissa sovelluksissa. American Physical Society . Bibcode : 1996APS..MAY.H9902J .
  180. ↑ Mobus, G. (2010). "Alkali-borosilikaattilasien nanomittakaavan kvasisulatus elektronisäteilytyksen alaisena". Journal of Nuclear Materials . 396 (2-3): 264-271. Bibcode : 2010JNuM..396..264M . DOI : 10.1016/j.jnucmat.2009.11.020 .
  181. ↑ Gasanov, 2007 , s. 78.
  182. ↑ Gasanov, 2007 , s. 82.
  183. ↑ Gasanov, 2007 , s. 83.
  184. ↑ Gasanov, 2007 , s. 150.
  185. ↑ Gasanov, I.S. Plasma and Beam Technology. - Baku: Elm, 2007. - S. 51. - 174 s.
  186. ↑ Gasanov, 2007 , s. 53.
  187. ↑ Gasanov, 2007 , s. 54.
  188. ↑ Beddar, AS (2001). "Mobiili lineaarikiihdytin intraoperatiiviseen sädehoitoon". AORN-lehti . 74 (5): 700-705. DOI : 10.1016/S0001-2092(06)61769-9 . PMID 11725448 .  
  189. ↑ Gazda, MJ Sädehoidon periaatteet (1. kesäkuuta 2007). Haettu: 31. lokakuuta 2013.
  190. ↑ Sokolov, A. A.; Ternov, I. M. Polarisaatiosta ja spin-vaikutuksista synkrotronisäteilyn teoriassa  // Neuvostoliiton tiedeakatemian raportit  : lehti. - 1963. - T. 153 . - S. 1053 .
  191. ↑ Chao, A.W. Handbook of Accelerator Physics and Engineering . - World Scientific , 1999. - S. 155, 188. - ISBN 978-981-02-3500-0 .
  192. ↑ Oura, K. Surface Science: An Introduction . — Springer Science+Business Media , 2003. — S.  1–45 . — ISBN 978-3-540-00545-2 .
  193. ↑ Ichimiya, A. Heijastus Korkeaenerginen elektronidiffraktio  / A. Ichimiya, P.I. Cohen. - Cambridge University Press, 2004. - P. 1. - ISBN 978-0-521-45373-8 .
  194. ↑ Heppell, T. A. (1967). "Yhdistetty alhaisen energian ja heijastuksen korkean energian elektronidiffraktiolaite." Journal of Scientific Instruments . 44 (9): 686-688. Bibcode : 1967JScI...44..686H . DOI : 10.1088/0950-7671/44/9/311 .
  195. ↑ McMullan, D. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi: 1928–1965 . Cambridgen yliopisto (1993). Haettu: 23. maaliskuuta 2009.
  196. ↑ Slayter, H.S. Valo- ja elektronimikroskopia . - Cambridge University Press, 1992. - P. 1. - ISBN 978-0-521-33948-3 .
  197. ↑ Cember, H. Johdanto terveysfysiikkaan . - McGraw-Hill Professional , 1996. - S. 42-43. - ISBN 978-0-07-105461-4 .
  198. ↑ Erni, R.; et ai. (2009). "Atomiresoluutioinen kuvantaminen alle 50 pm:n elektronisondilla" . Physical Review Letters . 102 (9): 096101. Bibcode : 2009PhRvL.102i6101E . DOI : 10.1103/PhysRevLett.102.096101 . PMID 19392535 .  
  199. ↑ Shiloh, Roy; et ai. Pallopoikkeaman korjaus pyyhkäisytransmissioelektronimikroskoopissa käyttämällä muotoiltua ohutta kalvoa  // Ultramicr. - 2018. - T. 189 . - S. 46-53 . - doi : 10.1016/j.ultramic.2018.03.016 .
  200. ↑ Kishkovsky, A. N.; Tyutin, L. A. Lääketieteellinen röntgentekniikka. - L .: Lääketiede, Leningrad. osasto, 1983.
  201. ↑ Bozzola, JJ Electron Microscopy: Principles and Techniques for Biologists  / JJ Bozzola, LD Russell. - Jones & Bartlett Publishers , 1999. - s. 12, 197-199. - ISBN 978-0-7637-0192-5 .
  202. ↑ Flegler, S.L. Pyyhkäisy- ja lähetyselektronimikroskooppi: Johdanto / S.L. Flegler, JW Heckman Jr., KL Klomparens. - Uusintapainos. - Oxford University Press, 1995. - S. 43-45. — ISBN 978-0-19-510751-7 .
  203. ↑ Bozzola, JJ Electron Microscopy: Principles and Techniques for Biologists  / JJ Bozzola, LD Russell. – 2. - Jones & Bartlett Publishers , 1999. - S. 9. - ISBN 978-0-7637-0192-5 .
  204. ↑ Freund, HP :n vapaiden elektronien lasereiden periaatteet  / HP Freund, T. Antonsen. - Springer , 1996. - P. 1–30. - ISBN 978-0-412-72540-1 .
  205. ↑ Kitzmiller, JW Television Picture Tubes ja muut katodisädeputket: Teollisuuden ja kaupan yhteenveto. - Diane Publishing, 1995. - s. 3-5. - ISBN 978-0-7881-2100-5 .
  206. ↑ Sclater, N. Electronic Technology Handbook. - McGraw-Hill Professional , 1999. - S. 227-228. - ISBN 978-0-07-058048-0 .
  207. ↑ Integroidun piirin historia . Nobel-säätiö (2008). Haettu 18. lokakuuta 2008.

Venäjänkielistä kirjallisuutta

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
 kvanttielektrodynamiikka
 Kvasihiukkaset ( Luettelo kvasihiukkasista )
Perus
Komposiitti
Luokitukset