Elektron – Podstawowe informacje
Elektron, oznaczany jako e− lub β−, to trwała cząstka elementarna (lepton) z ładunkiem elektrycznym równym e = −1,6021766208(98) C oraz masą spoczynkową me ≈ 9,10938291 kg. Odkryty przez J.J. Thomsona w 1897 roku, elektron jest kluczowym składnikiem atomów.
Rozmiary i struktura elektronu
Nie ustalono, czy elektron ma wewnętrzną strukturę. Eksperymenty w akceleratorach cząstek wykazały, że zachowuje się jak kulka o promieniu równym 2,8179403227(19) m. Współczesna fizyka nie przyjmuje istnienia struktury wewnętrznej elektronu.
Elektron w atomie
W atomach elektrony znajdują się w obszarach zwanych orbitalami, które grupują się w powłoki elektronowe. Rozmiary orbitali są rzędu nanometrów, a ich kształt i energia zależą od oddziaływań z jądrem atomowym. Obojętny atom ma równo ładunki protonów i elektronów, ale może być zjonizowany przez dodanie lub odebranie elektronów.
Rola elektronu w fizyce materii skondensowanej
Elektron ma kluczowe znaczenie w zjawiskach dotyczących materii skondensowanej, gdzie oddziaływania elektromagnetyczne dominują. W fizyce ciała stałego elektrony oraz ich interakcje odpowiadają za tworzenie wiązań w kryształach. Przy opisie ruchu elektronów często stosuje się ich masę efektywną, zmieniającą się w zależności od materiału.
- Właściwości elektronowe manifestują się poprzez zjawiska takie jak tunelowanie i efekty magnetyczne.
- Elektrony uczestniczą w zjawiskach jak nadprzewodnictwo oraz efekty Halla.
Elektron w mechanice kwantowej
Elektron jako fermion podlega statystyce Fermiego-Diraca. Posiada spin ¹⁄₂ i jest nierozróżnialny. Jego antycząstką jest pozyton, którego anihilacja z elektronem prowadzi do powstania fotonów gamma.
Reakcje jądrowe z udziałem elektronu
Elektron bierze udział w reakcjach jądrowych, emitując promieniowanie beta (β) podczas rozpadu beta minus lub zostając wchłonięty przez jądro w procesie wychwytu elektronu.
Elektron w teorii standardowej
W modelu standardowym elektron jest cząstką elementarną pierwszej generacji, wchodzącą w interakcje z innymi leptonami i poprzez oddziaływania elektromagnetyczne oraz słabe.
Elektron w technice
Elektrony poruszają się swobodnie w próżni, co jest wykorzystywane w lampach elektronowych. W innych środowiskach mogą jonizować atomy, co ma zastosowanie w technologii oświetleniowej.
Makroskopowe zjawiska z udziałem elektronu
Poruszające się uporządkowanie elektrony w polu elektrycznym generuje prąd elektryczny.
