Электрон (символ е-, e), первая элементарная частица, открытая в физике; материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе. Электрон (физич.) - составная часть атомов ; их число в нейтральном атоме равно атомному номеру, т. е. числу протонов в ядре.
Современные значения заряда (e) и массы (me)Э. равны:
e = - 4,803242(14)×10-10 ед. СГСЭ = - 1,6021892(46)×10-19 кулон ,
me = 0,9109534(47)×10-27 г = 0,5110034(14) Мэв/с2,
где с - скорость света в вакууме (в скобках после числовых значений величин указаны средние квадратичные ошибки в последних значащих цифрах). Спин Э. равен 1/2 (в единицах Планка постоянной ), и, следовательно, Электрон (физич.) подчиняются Ферми - Дирака статистике . Магнитный момент Электрон (физич.) - m = 1,0011596567(35) m0, где m0 - магнетон Бора. Электрон (физич.) - стабильная частица и относится к классу лептонов .
Установление существования Электрон (физич.) было подготовлено трудами многих выдающихся исследователей; в 1897 Электрон (физич.) был открыт Дж. Дж. Томсоном . Название «Электрон (физич.)» [первоначально предложенное английским учёным Дж. Стони (1891) для заряда одновалентного иона] происходит от греческого слова élektron, что означает янтарь. Электрический заряд Электрон (физич.) условились считать отрицательным в соответствии с более ранним соглашением называть отрицательным заряд наэлектризованного янтаря (см. Электрический заряд ). Античастица Электрон (физич.) - позитрон (e+) открыта в 1932.
Электрон (физич.) участвует в электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействиях и проявляет многообразие свойств в зависимости от типа взаимодействий. В классической электродинамике Электрон (физич.) ведёт себя как частица, движение которой подчиняется Лоренца - Максвелла уравнениям . Понятие «размер Электрон (физич.)» не удаётся сформулировать непротиворечиво, хотя величину r0 = е2/тес2~10-13 см принято называть классическим радиусом Электрон (физич.) Причину этих затруднений удалось понять в рамках квантовой механики. Согласно гипотезе де Бройля (1924), Электрон (физич.) (как и все другие материальные микрообъекты) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами (см. Корпускулярно-волновой дуализм , Волны де Бройля ). Де-бройлевская длина волны Электрон (физич.) равна , где u - скорость движения Электрон (физич.) В соответствии с этим Электрон (физич.), подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волновые свойства Электрон (физич.) были экспериментально обнаружены в 1927 американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером и независимо английским физиком Дж. П. Томсоном (см. Дифракция частиц ).
Движение Электрон (физич.) подчиняется уравнениям квантовой механики: Шрёдингера уравнению для нерелятивистских явлений и Дирака уравнению - для релятивистских. Опираясь на эти уравнения, можно показать, что все оптические, электрические, магнитные, химические и механические свойства веществ объясняются особенностями движения Электрон (физич.) в атомах. Наличие спина существенным образом влияет на характер движения Электрон (физич.) в атоме. В частности, только учёт спина Электрон (физич.) в рамках квантовой механики позволил объяснить периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, а также природу химической связи атомов в молекулах.
Электрон (физич.) - член единого обширного семейства элементарных частиц, и ему в полной мере присуще одно из основных свойств элементарных частиц - их взаимопревращаемость. Электрон (физич.) может рождаться в различных реакциях, самыми известными из которых являются распад отрицательно заряженного мюона (m-) на электрон, электронное антинейтрино () и мюонное нейтрино (nm):
,
а также бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино:
.
Последняя реакция является источником b-лучей при радиоактивном распаде ядер. Оба процесса - частные случаи слабых взаимодействий . Примером электромагнитных процессов, в происходят превращения Электрон (физич.), может служить аннигиляция электрона и позитрона на два g-кванта
e- + e+ ® 2g.
С 60-х гг. интенсивно изучаются процессы рождения сильно взаимодействующих частиц (адронов) при столкновении электронов с позитронами, например рождение пары пи-мезонов :
e- + е+ ® p- + p+.
В конце 1974 в аналогичной реакции открыта новая элементарная частица, т. н. J//y-частица (см. Резонансы , Элементарные частицы ).
Релятивистская квантовая теория Электрон (физич.) (квантовая электродинамика ) - самая разработанная область квантовой теории поля, в которой достигнуто удивительное согласие с экспериментом. Так, вычисленное значение магнитного момента Электрон (физич.)
(где a » 1/137,036 - тонкой структуры постоянная ) с огромной точностью совпадает с его экспериментальным значением. Однако теорию Электрон (физич.) нельзя считать законченной, поскольку ей присущи внутренние логические противоречия (см. Квантовая теория поля ).
Лит.: Милликен P., Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М. - Л., 1939; Андерсон Д., Открытие электрона, пер. с англ., М., 1968; Томсон Г. П., Семидесятилетний электрон, пер. с англ., «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 2.
Л. И. Пономарев.