1 Elektron haqida umumiy ma’lumot Elektron solishtirma zaryadi

ELEKTRONNING SOLISHTIRMA ZARYADI

Agar elektron davriy potentsialda bo'lsa, uning harakati kvazizarraning harakati deb hisoblanadi. Uning holatlari kvazi to'lqin vektori bilan tasvirlangan. Kvadrat dispersiya qonuni holatida asosiy dinamik xarakteristika erkin elektronning massasidan sezilarli darajada farq qilishi mumkin bo'lgan va umumiy holatda tenzor bo'lgan samarali massadir.
Ma'lumki, koinotdagi har 100 nuklondan 87 tasi proton va 13 tasi neytron (ikkinchisi, asosan, geliy yadrolarining bir qismidir). Moddaning umumiy neytralligini ta'minlash uchun proton va elektronlar soni bir xil bo'lishi kerak. Asosan nuklonlardan tashkil topgan barion (optik usullar bilan kuzatilgan) massasining zichligi yaxshi ma'lum (0,4 kubometrga bitta nuklon). Kuzatiladigan Olamning radiusini (13,7 milliard yorug'lik yili) hisobga olgan holda, biz ushbu hajmdagi elektronlar soni ~ ekanligini hisoblashimiz mumkin, bu katta Dirac raqamlari bilan solishtirish mumkin.
Elektron - leptonlar sinfiga mansub manfiy zaryadlangan elementar zarracha (qarang Elementar zarrachalar), tabiatda hozir maʼlum boʻlgan eng kichik massa va eng kichik elektr zaryadining tashuvchisi. 1897 yilda ingliz olimi J. J. Tomson tomonidan ochilgan.
Elektron atomning ajralmas qismidir, neytral atomdagi elektronlar soni atom raqamiga, ya'ni yadrodagi protonlar soniga teng.
Elektronning elektr zaryadini birinchi aniq o'lchash 1909-1913 yillarda amalga oshirildi. Amerikalik fiaik R. Milliken. Elementar zaryadning mutlaq qiymatining zamonaviy qiymati e = (4,803242 ± 0,000014) CGSE birligi yoki taxminan 1,6* C. Bu zaryad haqiqatan ham "elementar", ya'ni uni qismlarga bo'lish mumkin emas va har qanday ob'ektning zaryadlari uning butun sonli ko'paytmalari ekanligiga ishonishadi. Elektr zaryadlari e/3 va 2e/3 bo'lgan kvarklar haqida eshitgan bo'lishingiz mumkin, ammo ular hadronlar ichida mahkam o'ralgan va erkin holatda mavjud emas. Plank doimiysi ħ va yorug'lik tezligi c bilan birga elementar zaryad o'lchamsiz a = e 2 /ħc ≈ 1/137 konstantani hosil qiladi. Nozik struktura konstantasi a kvant elektrodinamikasining eng muhim parametrlaridan biri bo'lib, u elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligini aniqlaydi (eng aniq zamonaviy qiymat a -1 = 137,035963 ± 0,000015).
1925-yilda amerikalik fiziklar S.Gudsmit va J.Ulenbek atom spektrlarining xususiyatlarini tushuntirish uchun elektronning ichki burchak momentini - spin(lar)ni kiritdilar. Elektronning spini Plank doimiysining yarmi (ħ= 1,055* J/s), lekin fiziklar odatda oddiygina elektronning spini 1/2s = 1/2 ekanligini aytishadi. Elektronning spini o'zining magnit momenti bilan bog'liq M = ge s(eħ/2m e c). eħ / 2m e c \u003d 9.274* erg / G qiymati Bor magnitoni MB deb ataladi (bu atom va yadro fizikasida qabul qilingan magnit momentni o'lchash birligi; bu erda ħ - Plank doimiysi, e va m - elektronning zaryadi va massasining mutlaq qiymati, c - Sveta tezligi); sonli koeffitsient ge elektronning g omilidir. Dirakning kvant-mexanik relativistik tenglamasidan (1928) ge = 2 qiymati, ya'ni elektronning magnit momenti aynan bitta Bor magnetoniga teng bo'lishi kerak edi.
Biroq, 1947 yilda tajribalarda magnit moment Bor magnitonidan taxminan 0,1% katta ekanligi aniqlandi. Bu faktning izohi kvant elektrodinamikasida vakuum polarizatsiyasini hisobga olgan holda berilgan. Juda mashaqqatli hisob-kitoblar g e = 2 (1,001159652460 ± 0,000000000148) nazariy qiymatini berdi, uni zamonaviy (1981) eksperimental ma'lumotlar bilan solishtirish mumkin:
elektron uchun g e = 2 (1,001159652200 ± 0,000000000040) va pozitron g e = 2 (1,001159652222 ± 0,000000000050). Qiymatlar o'n ikki kasrgacha bo'lgan aniqlik bilan hisoblab chiqiladi va o'lchanadi va eksperimental ishlarning aniqligi nazariy hisob-kitoblarning aniqligidan yuqori. Bu zarrachalar fizikasidagi eng aniq o'lchovlardir.
Kvant mexanikasi tenglamalariga bo'ysunuvchi atomlardagi elektronlar harakatining xususiyatlari moddalarning optik, elektr, magnit, kimyoviy va mexanik xususiyatlarini aniqlaydi.
Elektronlar elektromagnit, kuchsiz va gravitatsion oʻzaro taʼsirlarda qatnashadiShunday qilib, elektromagnit jarayon tufayli ikkita g-kvant hosil bo'lishi bilan elektron va pozitronning annigilyatsiyasi sodir bo'ladi: e + + e - → g + g. Yuqori energiyali elektronlar va pozitronlar adronlarning hosil bo'lishi bilan elektromagnit annigilyatsiyaning boshqa jarayonlarida ham ishtirok etishi mumkin: e + + e - adronlar. Endi bunday reaksiyalar toʻqnashuvchi e+e - nurlaridagi koʻplab tezlatgichlarda intensiv oʻrganilmoqda (qarang Zaryadlangan zarrachalar tezlatgichlari).
Elektronlarning zaif o'zaro ta'siri, masalan, atom spektrlarida paritet saqlanmagan jarayonlarda (qarang Paritet ) yoki elektronlar va neytrinolar o'rtasidagi n m m m + e - → n m m + e - reaktsiyalarida namoyon bo'ladi.
Elektronning ichki tuzilishi haqida hech qanday ma'lumot yo'q. Zamonaviy nazariyalar nuqta zarralari sifatida leptonlar tushunchasidan kelib chiqadi. Hozirgi vaqtda bu sm masofaga qadar eksperimental tarzda tasdiqlangan.Yangi ma'lumotlar faqat kelajakdagi tezlatgichlarda zarrachalar to'qnashuvi energiyasining ortishi bilan paydo bo'lishi mumkin.
Elektron manfiy elektr zaryadiga ega elementar zarrachadir. Bu -1 ga teng. Elektron barcha atomlarning va shuning uchun har qanday moddaning bir qismidir. Elektron eng yengil elektr zaryadlangan zarradir. Elektronlar odatda "e -" bilan belgilanadi.
Elektronning elektr maydoni ikkita hududdan iborat: manfiy zaryadli tashqi mintaqa va musbat zaryadli ichki mintaqa. Ichki hududning o'lchami elektronning radiusi bilan belgilanadi. Tashqi va ichki hududlarning zaryadlari orasidagi farq elektronning umumiy elektr zaryadini aniqlaydi -e. Uning kvantlanishi elementar zarrachalarning geometriyasi va tuzilishiga asoslanadi.
SI sistemasida uzoq zonadagi (r>> r e) (A) nuqtadagi elektronning elektr maydoni aynan:

Elektronning uzoq zonadagi elektr maydoni (r > > ) aynan SI tizimida quyidagilarga teng:
qayerda n= r/|r| - elektron markazidan kuzatish nuqtasi (A) yo'nalishidagi birlik vektori, r - elektron markazidan kuzatish nuqtasigacha bo'lgan masofa, e - elementar elektr zaryadi, vektorlar qalin shaklda, - elektr. doimiy, r e \u003d Lħ / ( ~ c) - maydon nazariyasidagi elektronning radiusi, L - maydon nazariyasidagi elektronning asosiy kvant soni, ħ - Plank doimiysi, ~ - massasi. o'zgaruvchan elektromagnit maydonda tinch holatda bo'lgan elektron, c - yorug'lik tezligi. (CGS tizimida multiplikator yo'q.)
Ushbu matematik ifodalar elektron elektr maydonining uzoq zonasi uchun to'g'ri: (r>> ) va "elektronning elektr maydoni sm masofaga qadar Kulon bo'lib qoladi" degan da'volarning haqiqatga hech qanday aloqasi yo'q. - bu klassik elektrodinamikaga zid bo'lgan ertaklardan biridir.
Elementar zarrachalarning maydon nazariyasiga ko'ra, zaryadlangan va neytral kvant soni L>0 bo'lgan elementar zarralarning o'zgarmas elektr maydoni mos keladigan elementar zarrachaning elektromagnit maydonining doimiy komponenti tomonidan hosil bo'ladi. Va elektr zaryadining maydoni tashqi va ichki yarim sharlar o'rtasida assimetriya mavjudligi natijasida paydo bo'lib, qarama-qarshi belgilarning elektr maydonlarini hosil qiladi. Uzoq zonadagi zaryadlangan elementar zarralar uchun elementar elektr zaryadining maydoni hosil bo'ladi va elektr zaryadining belgisi tashqi yarim sharda hosil bo'lgan elektr maydonining belgisi bilan aniqlanadi.Yaqin zonada bu maydon murakkab tuzilishga ega va dipoldir, lekin u dipol momentiga ega emas. Ushbu maydonni nuqtaviy zaryadlar tizimi sifatida taxminiy tavsiflash uchun elektron ichidagi kamida 6 "kvark" kerak bo'ladi - 8 ta "kvark" olsak yaxshi bo'ladi. Bu standart model doirasidan tashqarida ekanligi aniq.
Elektron, boshqa zaryadlangan elementar zarralar singari, ikkita elektr zaryadiga va shunga mos ravishda ikkita elektr radiusiga ega:

• 
  tashqi doimiy elektr maydonining elektr radiusi (zaryad -1,25e)-r = 3,66* sm.
  

• 
  ichki doimiy elektr maydonining elektr radiusi (zaryad +0,25e) - r = 3 sm.
  

Elektron elektr maydonining bu xarakteristikalari elementar zarralar maydon nazariyasining 1 taqsimotiga mos keladi. Fizika hali bu taqsimotning aniqligini va qaysi taqsimot yaqin zonadagi elektronning doimiy elektr maydonining haqiqiy tuzilishiga eng to'g'ri mos kelishini eksperimental ravishda aniqlamadi.
Elektr radiusi aylana bo'ylab teng taqsimlangan elektr zaryadining o'rtacha joylashishini ko'rsatadi, bu esa shunga o'xshash elektr maydonini yaratadi. Ikkala elektr zaryadi ham bir tekislikda yotadi (elementar zarrachaning o'zgaruvchan elektromagnit maydonining aylanish tekisligi) va elementar zarrachaning o'zgaruvchan elektromagnit maydonining aylanish markaziga to'g'ri keladigan umumiy markazga ega.