Электрон¶

Электрон¶

Электрон (символ e, e) первая элементарная частица, открытая в физике; материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе. Э. - 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)1010 ед. СГСЭ = - 1,6021892(46)1019 кулон, me = 0,9109534(47)1027 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 ½ (в единицах Планка постоянной ħ), и, следовательно, Э. подчиняются Ферми - Дирака статистике. Магнитный момент Э. - = 1,0011596567(35) 0, где 0 - Магнетон Бора.

Э. - стабильная частица и относится к классу лептонов.

Установление существования Э. было подготовлено трудами многих выдающихся исследователей; в 1897 Э. был открыт Дж. Дж. Томсоном. Название «Э.» [первоначально предложенное английским учёным Дж. Стони (1891) для заряда одновалентного иона] происходит от греческого слова lektron, что означает янтарь. Электрический заряд Э. условились считать отрицательным в соответствии с более ранним соглашением называть отрицательным заряд наэлектризованного янтаря (см. Электрический заряд). Античастица Э. - позитрон (e+) открыта в 1932.

Э. участвует в электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействиях и проявляет многообразие свойств в зависимости от типа взаимодействий. В классической электродинамике Э. ведёт себя как частица, движение которой подчиняется Лоренца - Максвелла уравнениям.

Понятие «размер Э.» не удаётся сформулировать непротиворечиво, хотя величину r0 = e²/теc²1013 см принято называть классическим радиусом Э. Причину этих затруднений удалось понять в рамках квантовой механики. Согласно гипотезе де Бройля (1924), Э. (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 Э. равна = 2ħ / mev, где v - скорость движения Э. В соответствии с этим Э., подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волновые свойства Э. были экспериментально обнаружены в 1927 американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером и независимо английским физиком Дж. П. Томсоном (см. Дифракция частиц).

Движение Э. 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 Э. в атомах. Наличие спина существенным образом влияет на характер движения Э. в атоме. В частности, только учёт спина Э. в рамках квантовой механики позволил объяснить периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, а также природу химической связи атомов в молекулах.

Э. - член единого обширного семейства элементарных частиц, и ему в полной мере присуще одно из основных свойств элементарных частиц - их взаимопревращаемость. Э. может рождаться в различных реакциях, самыми известными из которых являются распад отрицательно заряженного мюона

() на электрон, электронное антинейтрино (̃e) и мюонное нейтрино (): e + ̃e + , а также бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино: n p + e + ̃e.

Последняя реакция является источником -лучей при радиоактивном распаде ядер. Оба процесса - частные случаи слабых взаимодействий. Примером электромагнитных процессов, в происходят превращения Э., может служить аннигиляция электрона и позитрона на два -кванта e + e+ 2.

С 60-х гг. интенсивно изучаются процессы рождения сильно взаимодействующих частиц (адронов) при столкновении электронов с позитронами, например рождение пары пи-мезонов: e + e+ + +.

В конце 1974 в аналогичной реакции открыта новая элементарная частица, т. н. J/-частица (см. Резонансы, Элементарные частицы).

Релятивистская квантовая теория Э. (Квантовая электродинамика) - самая разработанная область квантовой теории поля, в которой достигнуто удивительное согласие с экспериментом. Так, вычисленное значение магнитного момента Э.

e = 0

[1 + 0,5

0,328478(

) 2

• 1,188(

) 3

]

(где 1/137,036 - тонкой структуры постоянная) с огромной точностью совпадает с его экспериментальным значением. Однако теорию Э. 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.

===