Kio estas elektrono? La maso kaj zorge de elektrono

Electron - fundamenta partiklo, unu el tiuj, kiuj estas la strukturaj unuoj de materio. Laŭ la klasifiko estas fermión (partiklo kun duone integra spino, nomita laŭ fizikisto Enrico Fermi) kaj leptones (partikloj kun duono-entjero spino, ne partopreni en la forta interago, unu el la kvar gravaj en fiziko). Barión nombro de la elektrono estas nulo, kaj ankaŭ aliajn leptones.

Ĝis antaŭ nelonge oni kredis, ke la elektrono - elementa, tio estas nedividebla, sur kiu ne strukturo de partiklo, sed sciencistoj havas alian opinion hodiaŭ. Kio estas la elektrono sur prezento de la moderna fiziko?

Historio de la nomo

Eĉ en antikva Grekio naturalistoj rimarkis ke sukceno, antaŭ-frotis kun pelto, allogas malgrandajn celojn, tio elmontras elektromagneta propraĵoj. La nomo de la elektrono ricevis de la greko ἤλεκτρον, kio signifas "ambro". La termino sugestis George. Stoney en 1894, kvankam la partiklo estis malkovrita de J .. Thompson en 1897. Estis malfacile trovi la kaŭzo de tio estas la malgranda maso kaj ŝargo de la elektrono denove trovis decidan sperton. La unuaj bildoj de la partikloj estis Charles Wilson kun speciala ĉambro, kiu estas uzata eĉ en modernaj eksperimentoj kaj estas nomita en lia honoro.

Interesa fakto estas ke unu el la antaŭkondiĉoj por la malfermo de elektrono estas diraĵo de Benjamin Franklin. En 1749 li evoluigis la hipotezon ke elektro - materia substanco. Estas en liaj verkoj unue estis uzita terminojn kiel pozitiva kaj negativa ŝargoj, kondensilo malŝarĝo, baterio kaj elektraj partikloj. La specifa ŝargo de la elektrono estas konsiderita esti negativa, kaj la protono - pozitiva.

La eltrovo de la elektrono

En 1846, la koncepto de "atomon de elektro" estis uzita en liaj verkoj, la germana fizikisto Wilhelm Weber. Maykl Faradey eltrovis la terminon "jono", kio estas nun, eble, scias ankoraŭ en la lernejo. La demando de elektro naturo implikitaj multaj eminentaj kleruloj kiel ekzemple germana fizikisto kaj matematikisto Julius Plucker, Zhan Perren, la angla fizikisto Uilyam Kruks, Ernest Rutherford kaj aliaj.

Tiel, antaŭ Dzhozef Tompson sukcese kompletigis sian faman eksperimenton kaj pruvis la ekziston de partiklo malgrandaj ol atomo, en la kampo laboro de multaj sciencistoj kaj la malkovro estus neebla, ili ne faris tion kolosa laboro.

En 1906, Dzhozef Tompson ricevis la Nobel-premion. Sperto estis la sekva: tra la paralelaj metalaj teleroj de la elektra kampo, tubo de radioj traboj estis pasitaj. Tiam ili faris la sama maniero, sed en bobeno sistemo por krei magneta kampo. Thompson trovis ke kiam elektra kampo deviigis traboj, kaj la sama observas kun magneta agado, tamen traboj tubo de radioj trajektorion ne ŝanĝis se ili agis ambaŭ kampoj en certaj proporcioj, kiu dependas de la partikla rapido.

Post kalkuloj Thompson lernis ke la rapido de ĉi tiuj eroj estas signife pli malalta ol la rapido de lumo, kaj tio signifis ke ili havas mason. De ĉi tiu punkto de fiziko venis por kredi ke la malfermita partikla afero inkluzivita en la atomoj kiuj poste konfirmita de Rutherford. Li nomis ĝin "planeda modelo de la atomo."

Paradoksoj de la kvantuma mondo

La demando de kio konsistigas elektrono komplikita sufiĉa, almenaŭ en ĉi tiu stadio de evoluo de la scienco. Antaŭ konsideri ĝin, vi devas kontakti unu el la paradoksoj de kvantuma fiziko, ke eĉ la sciencistoj ne povas klarigi. Ĉi tiu estas la fama du-fendo eksperimento, klarigante la duoblan naturon de la elektrono.

Lia esenco estas, ke antaŭ la "pafilo", pafante partikloj, starigis kadron kun vertikala rektangula malfermo. Malantaŭ ŝi estos muro, sur kiu estos observita spuroj de la trafoj. Do, vi unue bezonas kompreni kiel afero kondutas. La plej facila maniero por vidi kiel komenci la maŝinon teniso pilkoj. Parto de bidoj falas en la truon, kaj la spuroj de la muro rezultigas aldonita en ununura vertikala bando. Se ĉe certa distanco aldoni alian la sama truo spuroj formos, respektive, du bandoj.

La ondoj same kondutos malsame en tia situacio. Se la muro montros spuroj de kolizio kun ondo, en la kazo de unu malfermo bando estos ankaŭ unu. Tamen, la aĵoj ŝanĝas en la kazo de la du fendoj. Ondo pasanta tra la truoj, dividita en duono. Se la supro de unu ondo renkontas la fundo de la alian, ili nuligi unu la alian, kaj la mastroj de interferencia (multnombraj vertikalaj strioj) aperos sur la muro. Plaĉas ĉe la intersekciĝo de la ondoj lasos markon, kaj la lokoj kie estis reciproka rapida malvarmigo, ne.

mirinda malkovro

Kun la helpo de la supre eksperimento, sciencistoj povas klare montri al la mondo la diferenco inter mekanika cuántica fiziko. Kiam ili komencis pafi elektronoj muro, kutime okazas en vertikala markon sur ĝi: iuj partikloj ĝuste kiel teniso pilko falis en la breĉon, kaj iuj ne. Sed ke ĉiuj ŝanĝiĝis, kiam ekzistis duan truon. Sur la muro rivelis la enmiksiĝo mastro! Unua Fiziko decidis ke elektronoj malhelpas unu la alian kaj decidis lasi ilin unu post unu. Tamen, post kelkaj horoj (rapido de movado de elektronoj estas ankoraŭ multe pli malalta ol la lumrapido) denove komencis montri interferencia ŝablono.

neatendita turno

Elektronika, kune kun iuj aliaj eroj kiel ekzemple fotonoj, eksponas ondo-partikla dueco (ankaŭ uzas la terminon "kvantuma-ondo dualismo"). Kiel kato de Schrödinger, kiu ambaŭ vivas kaj mortinto, la elektrono stato povas esti ambaŭ corpuscular kaj ondo.

Tamen, la sekva paŝo en ĉi tiu eksperimento generis eĉ pli misteroj: fundamenta partiklo, kiu ŝajnis scii ĉion, prezentita nekredeblan surprizo. Fizikistoj decidas instali en truoj scoping aparato por ŝlosi, tra kiu tratranĉis la partiklo estas, kaj kiel ili sin manifestas kiel ondoj. Sed tuj kiam ĝi estis metita monitorado mekanismo sur la muro estis nur du bandoj egalaj al du truoj, kaj neniu enmiksiĝo mastro! Tuj kiam la "densa" purigita, partiklo rekomencis montri la ondo ecoj kvazaŭ ŝi sciis, ke ŝi jam neniu rigardas.

alia teorio

Fizikisto Naskita proponis, ke la partiklo ne fariĝu ia ondo laŭvorte. Elektron "enhavas" ondo de probablo, ke ĝi donas enmiksiĝo ŝablono. Ĉi tiuj eroj havas la propraĵo de superposición, kio signifas ke ili povas esti ie ajn ĉe certa probablo, kaj sekve ili povas esti akompanata de tia "skui".

Tamen, la rezulto estas evidenta: la nura ĉeesto de la observanto influas la rezulton de la eksperimento. Ŝajnas nekredeble, sed ne estas la sola ekzemplo de sia speco. Fiziko eksperimentoj estis realigitaj sur granda parto de la patrino, kiam la celo de la segmento estis la plej maldika papero de aluminio. Sciencistoj notis, ke la nura fakto de iuj mezuroj influas la temperaturo de la objekto. La naturo de ĉi tiuj fenomenoj klarigas ankoraŭ ne en forto.

strukturo

Sed kio konsistigas la elektrono? Je ĉi tiu punkto, la moderna scienco ne povas respondi tiun demandon. Ĝis faras malmulta konsideris nedividebla fundamentaj partikloj, sed nun sciencistoj estas ema kredi ke ĝi estas kunmetita de eĉ pli malgrandaj strukturoj.

La specifa ŝargo de la elektrono estas ankaŭ konsiderata baza, sed estas nun malferma kvarkoj kun frakciaj zorge. Ekzistas pluraj teorioj kiel al kio konsistigas elektrono.

Hodiaŭ ni povas vidi la artikolon, kiu asertas, ke la sciencistoj povis dividi la elektrono. Tamen, ĉi tiu estas nur parte vera.

novaj eksperimentoj

Sovetiaj scienculoj reen en la jaroj okdek de la pasinta jarcento supozis ke la elektrono povas esti dividita en tri quasiparticles. En 1996 li sukcesis dividi ĝin en spinon kaj HXolon kaj ĵus fizikisto Iras donu Brink kaj lia teamo estis dividita en partikla spinon kaj orbiton. Tamen, forkiĝanta eblas atingi nur en specialaj cirkonstancoj. La eksperimento povas esti efektivigita sub kondiĉoj de ekstreme malaltaj temperaturoj.

Kiam la elektronoj estas "malvarmeta" al absoluta nulo, kio estas proksimume -275 ° C, ili preskaŭ haltis kaj formo inter ili ia afero, se kunfandante en sola partiklo. En tiaj cirkonstancoj, kaj fizikistoj povas observi quasiparticles, de kiuj "estas" elektrono.

portantoj informo

Elektrona radiuso estas tre malgranda, ĝi estas egala al ^2,81794. 10 ^-13 cm, sed ĝi turnas ke liaj komponantoj havas multe pli malgranda grandeco. Ĉiu el la tri partoj en kiun sukcesis "dividi" la elektrono, portas la informon pri ĝi. Orbiton, kiel la nomo implicas, ĝi enhavas informon sur la orbita ondo partiklo. Spinon respondeca de la spino de la elektrono kaj HXolon diras al ni pri la akuzo. Tiel, la fiziko povas aparte observi malsamajn statojn de elektronoj en forte malvarmigita materialo. Ili sukcesis spuri paro de "Holon-spinon" kaj "spinon-orbiton", sed ne ĉiuj tri kune.

novaj teknologioj

Fizikisto kiu malkovris la elektronon devis atendi plurajn jardekojn antaŭ ol ĝis lia malkovro estis aplikita en praktiko. Nuntempe teknologioj trovi uzon en pluraj jaroj, sufiĉas memori graphene - mirinda materialo konsistas el atomoj de karbono en unu tavolo. La divido de la elektrona estus helpema? Sciencistoj antaŭdiras ke la kreo de kvantuma komputilo, la rapido de kiu, laŭ ili, kelkdek fojojn pli granda ol tiu de la hodiaŭa plej potenca komputiloj.

Kio estas la sekreto de la kvantuma komputilo teknologio? Tio povas nomi simpla optimumigo. En la konvencia komputilo, la minimuma nedividebla parto de la informoj - iom. Se ni konsideras la datumojn kun io vidaj, io por la aŭto nur du ebloj. Bito povas enhavi ĉu nulo aŭ unu, kiu estas parto de binara kodo.

nova metodo

Nun ni imagu, ke en iom enhavis kaj nulo, kaj la unuo - a "kvantuma bito" aŭ "Cube". La rolo de simplaj variabloj ludos la spino de la elektrono (povas turni ĉu laŭhorloĝnadla aŭ kontraŭhorloĝnadla). Kontraste simplaj iom Cube povas plenumi plurajn funkciojn samtempe, kaj pro tio kresko estos okazi rapide, malalta elektrona maso kaj zorge ne grava tie.

Tio povas esti klarigita de la ekzemplo de la labirinto. Por eliri el ĝi, vi devas provi multajn malsamajn opciojn de kiu nur unu estos ĝusta. Tradicia komputilo eĉ solvas problemojn rapide, tamen iam povis nur labori pri unu problemo. Ĝi numeras ĉiujn eblojn sur unu pecon, kaj eventuale trovas eliron. La kvantuma komputilo, danke al la dualidad kyubita povas solvi multajn problemojn samtempe. Ĝi revizios ĉiuj elektoj estas ne sur linio, kaj en unu momento en tempo, kaj ankaŭ solvi la problemon. La malfacilaĵo estas nur tiom estas akiri multe da laboro sur kvantuma objekto - tio estos la bazo por nova generacio de komputilo.

aplikaĵo

Plej multaj homoj uzi komputilon en la domanaro nivelo. Kun ĉi tiu bonega tasko ĝis nun kaj convencionales PC, sed antaŭdiri specifaj okazaĵoj miloj, eble centoj da miloj da variabloj, la maŝino devas esti simple enorma. Kvantuma komputilo tiel facile elteni tian, kian veteron antaŭdiron por monato, la traktado de katastrofo kaj ĝia antaŭdiron datumoj, kaj ankaŭ plenumi kompleksa matematika kalkulojn kun multnombraj variabloj por frakcio de sekundo, ĉiuj kun procesoro de kelkaj atomoj. Do povas esti, tre baldaŭ niaj plej potencaj komputiloj estas papero-maldikaj.

resti sanan

Kvantuma komputilo teknologio faros grandegan kontribuon al medicino. Homaro povos krei nanomachinery kun forta potencialo, kun ilia helpo, eblos ne nur por diagnozi malsanon per simple rigardante la tuta korpo de interne, sed ankaŭ provizi medicina prizorgo sen kirurgio: etaj robotoj kun "cerboj" escepte komputilo povas plenumi ĉiuj operacioj.

Neeviteblan revolucion en la kampo de komputilaj ludoj. Potenca maŝinojn kiuj povas tuj solvi la problemon, povos ludi ludojn kun nekredeble realisma grafiko, ne malproksime jam kaj komputila mondoj kun plena mergo.