Bir elektron ne içerir? Bir elektronun kütlesi ve yükü

Elektron temel bir parçacıktır, bunlardan biri,onlar maddenin yapısal birimleridir. sınıflandırmasına göre (güçlü bir etkileşim fizik büyük dört tane katılmayan yarım tamsayı spin parçacıklar), bir fermiyon ve leptonların (yarı entegre fizikçi Enrico Fermi adını spin parçacık) 'dir. Elektronun Baryon sayısı sıfırdır, hem de diğer Leptonlar olup.

Yakın zamana kadar, elektronun olduğuna inanılıyordu -ilkel, yani bölünmez, ayrılmaz bir yapıdır, ancak bilim adamları şu anda farklı bir düşüncedir. Elektron modern fizikçilerden nelerden oluşur?

Başlık Geçmişi

Antik Yunan'da bile, tabiatçılar fark ettiler.Daha önce saçla ovuşturulan kehribar, kendisine küçük nesneler çeker, yani elektromanyetik özellikler sergiler. İsmi "Kehribar" anlamına gelen Yunan ἤλεκτρον 'dan gelen elektron tarafından alındı. Parçanın kendisi 1897'de J. Thompson tarafından keşfedilmesine rağmen, ter 1894 yılında J. Stone tarafından önerilmiştir. Bunu anlamak zordu, bunun sebebi küçük bir kütle ve elektronun yükünü belirleyici bulmanın deneyimindeydi. Parçacıkların ilk görüntüleri, modern deneylerde bile kullanılan ve onuruna isimlendirilen özel bir kamera ile Charles Wilson tarafından elde edildi.

Ön koşullardan birinin dikkat edilmesi ilginçtir.Elektronun keşfi, Benjamin Franklin'in deyişi. 1749'da, elektriğin maddi bir madde olduğu hipotezi geliştirdi. Çalışmalarında ilk önce pozitif ve negatif yükler, bir kondansatör, bir deşarj, bir pil ve bir elektrik parçası gibi terimler kullanıldı. Bir elektronun özgül yükünün negatif olduğu kabul edilir ve protonun pozitif olduğu kabul edilir.

Elektronun keşfi

1846'da "elektrik atomu" kavramı oldueserlerinde Alman fizikçi Wilhelm Weber'i kullanıyor. Michael Faraday, şimdi, belki de, hala okul tezgahından bildiği "iyon" terimini keşfetti. Alman fizikçi ve matematikçi Julius Plukker, Jean Perrin, İngiliz fizikçi William Crookes, Ernst Rutherford ve diğerleri gibi birçok seçkin bilim adamı elektriğin doğasında yer aldı.

Böylece, Joseph Thompson başarılı bir şekilde önceonun ünlü deneyimini tamamladı ve bir atomdan daha küçük bir parçacığın varlığını kanıtladı, birçok bilim adamı bu alanda çalıştı ve bunu açmak imkansız olurdu, bu muazzam işi yapmayın.

1906'da, Joseph Thompson Nobel Ödülü'nü aldı.Ödül. Deney aşağıdaki gibidir: elektrik alanını oluşturan paralel metal plakalar aracılığıyla katot ışın ışınları geçirilmiştir. Daha sonra aynı şekilde yapmak zorundaydılar, ama zaten manyetik alan yaratan bir bobin sistemi sayesinde. Thompson, elektrik alanı harekete geçtiğinde, ışınların saptırıldığını ve aynısının manyetik hareketle gözlemlendiğini keşfetti, ancak her iki alanın parçacıkların hızına bağlı olan belirli oranlarda hareket etmesi durumunda katot ışın ışınları yörüngesini değiştirmedi.

Hesaplamalar bittikten sonra, Thompson bunların hızını öğrendiParçacıklar ışığın hızından çok daha düşüktür ve bu da kütleye sahip oldukları anlamına gelir. O andan itibaren fizikçiler, maddenin açık parçacıklarının atomun bir parçası olduğuna ve daha sonra Rutherford'un deneyleriyle doğrulandığını düşünmeye başladılar. Ona "atomun gezegensel modeli" adını verdi.

Kuantum Dünyasının Paradoksları

Elektronun ne olduğu sorusu,bilimin gelişmesinde en azından bu aşamada oldukça karmaşıktır. Bunu düşünmeden önce, bilim adamlarının bile açıklayamadığı kuantum fiziğinin paradokslarından birine dönmelidir. Bu, elektronun ikili doğasını açıklayan iki yuva ile ünlü bir deney.

Onun özü, "silah" çekiminden önceParçacıklar, dikey dikdörtgen delikli bir çerçeve takılıdır. Arkasında vuruşlardan izlerin izleneceği bir duvar vardır. Yani, önce maddenin nasıl davrandığını anlamalıyız. Tenis toplarının makine tarafından nasıl başlatıldığını hayal etmenin en kolay yolu. Topların bir kısmı deliğe düşer ve duvardaki vuruşların izleri bir dikey şeride eklenir. Aynı delikten bir tane daha eklemek için belirli bir mesafe varsa, izler sırasıyla iki bant oluşturacaktır.

Bu durumda dalgalar farklı davranır. Duvarda bir dalga ile çarpışma belirtileri varsa, o zaman bir delik durumunda, şerit de bir olacaktır. Ancak, her şey iki yarık durumunda değişir. Deliklerden geçen dalga yarıya bölünür. Dalgalardan birinin tepesi diğerinin alt kısmıyla birleşirse, birbirlerini söndürürler ve duvarda bir parazit paterni görünür (birkaç dikey bant). Dalgaların kesiştiği yerler bir iz bırakacak ve karşılıklı söndürme yapılmayan yer yok.

Inanılmaz keşif

Yukarıda açıklanan deney yardımı ile bilim adamlarıKuantum ve klasik fizik arasındaki farkı dünyaya görsel olarak gösterebilir. Duvarı elektronlarla bombalamaya başladıklarında, normal bir dikey iz gösterdi: bazı parçacıklar, tıpkı tenis topları gibi, boşluğa düştüler ve bazıları yoktu. Ama ikinci delik ortaya çıktığında her şey değişti. Duvarda bir girişim deseni belirdi! İlk başta, fizikçiler elektronların birbirlerine müdahale ettiğine karar verdi ve her seferinde bir tanesini dışarı çıkarmaya karar verdi. Bununla birlikte, birkaç saat sonra (hareketli elektronların hızı, ışık hızından çok daha düşüktür), yine bir girişim modeli ortaya çıkmaya başladı.

Beklenmedik dönüş

Elektron, diğer bazı parçacıklar ile birlikte,fotonlar gibi, bir corpuscular-wave dualizmini gösterir ("kuantum-dalga dualizmi" terimi de kullanılır). Hem canlı hem de ölü olan Schrodinger kedisi gibi, elektronun durumu hem korpüsküler hem de dalga olabilir.

Ancak, bu denemede bir sonraki adımDaha da fazla bulmaca: Herkesin bildiği gibi görünen temel bir parçacık inanılmaz bir sürpriz verdi. Fizikçiler, deliklere, parçacıkların hangi geçitten geçtiklerini ve kendilerini bir dalga olarak nasıl gösterdiklerini tespit etmek için bir gözlem cihazını kurmaya karar verdiler. Ancak gözlem mekanizması yerleştirildikten sonra, duvarda iki deliğe tekabül eden iki şerit ortaya çıktı ve hiçbir girişim deseni yoktu! “Gölgelendirme” kaldırılır kaldırılmaz, parçacık yine dalga izlerini sergilemeye başlardı, sanki hiç kimsenin izlediğini bilmiyormuş gibi.

Başka bir teori

Fizikçi Bourne parçacığın olmadığını söyledikelimenin tam anlamıyla bir dalgaya dönüşür. Elektron kendi içinde bir olasılık dalgası "içerir", bir girişim paterni verir. Bu parçacıklar süperpozisyona sahiptirler, yani, belli bir olasılıkla herhangi bir yerde olabilirler, böylece benzer bir "dalga" ile birlikte olabilirler.

Yine de, sonuç belli: Bir gözlemcinin varlığının gerçekliği, deneyin sonucunu etkiler. İnanılmaz görünüyor, ama bu, bu türden tek örnek değil. Fizikçiler, bir zamanlar ince bir alüminyum folyo parçası olduğunda, maddenin daha büyük kısımları üzerinde deneyler yaptılar. Bilim adamları, belirli ölçümlerin nesnenin sıcaklığını tek başına etkilediğine dikkat çekti. Böyle olayların doğası, hala açıklayamazlar.

yapı

Ama bir elektron ne içerir? Şu anda, modern bilim bu soruya bir cevap veremez. Yakın zamana kadar, bölünmez bir temel parçacık olarak düşünüldü, şimdi bilim adamları daha küçük yapılardan oluşması gerçeğine eğilimliler.

Elektronun özgül yükü de temel olarak kabul edildi, ancak fraksiyonel bir yüke sahip kuarklar şimdi açık. Elektronun nelerden oluştuğu ile ilgili çeşitli teoriler vardır.

Bugün bilim adamlarının elektronu ayırabildiğini belirttiği makaleleri görebilirsiniz. Ancak, bu sadece kısmen doğrudur.

Yeni Denemeler

Seksenli yıllarda Sovyet bilim adamları geri döndüGeçen yüzyılda, bir elektronun üç quasipartikulaya bölünebileceği varsayılmıştır. 1996 yılında, onu spinon ve holon'a bölmek mümkündü ve son zamanlarda fizikçi Van den Brink ve ekibi bir spinona ve bir orbitona bölünmüş bir partiküle sahipti. Bununla birlikte, bölme sadece özel koşullar altında gerçekleştirilebilir. Deney son derece düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir.

Elektronlar mutlak sıfıra "soğuduklarında" veyaklaşık -275 santigrat derece, pratikte durup bir parçacık halinde birleşmek gibi kendi aralarında bir çeşit madde oluştururlar. Bu koşullar altında, fizikçiler, elektronun "oluştuğu" quasipartikülleri gözlemlemeyi başarırlar.

Bilgi taşıyıcıları

Elektronun yarıçapı çok küçük, 2.81794^.10^-13cm, ancak bileşenlerinin sahip olduğu ortaya çıkıyorçok daha küçük boyutlu. Elektronu "bölmek" olan üç parçanın her biri, hakkında bilgi taşır. Orbiton, adından da anlaşılacağı gibi, bir parçacığın yörüngesel dalgası hakkında veri içerir. Spinon elektronun spininden sorumludur ve holon bize şarj hakkında bilgi verir. Böylece, fizikçiler güçlü bir şekilde soğutulmuş bir maddede farklı elektron durumlarını ayrı ayrı gözlemleyebilirler. Onlar "holon-spinon" ve "spinon-orbiton" çiftlerini izlemeyi başardılar, ama üçünü birlikte değil.

Yeni teknolojiler

Elektronu keşfeden fizikçiler beklemek zorunda kaldılarkeşif uygulamalarına kadar birkaç düzine yıl geçti. Zamanımızda, teknoloji birkaç yılda kullanılıyor, grafen'i hatırlayın - tek bir katmandaki karbon atomlarından oluşan inanılmaz bir malzeme. Bir elektronun bölünmesi için ne faydası olacak? Bilim adamları, kendi düşüncesindeki hızının, en güçlü modern bilgisayarlarınkinden birkaç düzine kat daha fazla olan bir kuantum bilgisayarın yaratılmasını öngörüyor.

Kuantum bilgisayar teknolojisinin sırrı nedir? Bu basit optimizasyon olarak adlandırılabilir. Bilinen bilgisayarda, bilginin asgari, bölünmez kısmı birazdır. Ve eğer verileri görsel bir şey olarak düşünürsek, o zaman makine için sadece iki seçenek vardır. Bir bit, sıfır veya bir, yani ikili kodun bölümlerini içerebilir.

Yeni yöntem

Şimdi bitin içerdiğini düşünelimve sıfır, ve birim bir "kuantum bit" veya "cuebit" dir. Basit değişkenlerin rolü, elektron dönüşü ile çalınır (saat yönünde veya saat yönünün tersine döndürülebilir). Basit bir bitten farklı olarak, cuebit aynı anda birkaç işlevi yerine getirebilir, bu nedenle operasyon hızında bir artış olacaktır, küçük bir kütle ve bir elektronun yükü burada önemli değildir.

Bunu bir labirent örneği ile açıklayabilirsiniz. Bundan kurtulmak için, sadece bir tanesinin doğru olacağı birçok farklı seçeneği denemeniz gerekir. Geleneksel bir bilgisayar sorunları çabucak çözebilir, ancak herhangi bir zamanda yalnızca tek bir problem üzerinde çalışabilir. Yolların tüm varyantlarını tek tek inceleyecek ve sonunda öğrenecek. Bir kuantum bilgisayar, kübün ikiliğinden dolayı, birçok sorunu aynı anda çözebilir. O mümkün olmayan tüm seçenekleri sırayla değil, zaman içinde tek bir noktada gözden geçirecek ve sorunu çözecektir. Şimdiye kadarki zorluk sadece bir görevde çok fazla quanta çalışması yapmaktır - bu yeni nesil bir bilgisayarın temeli olacaktır.

uygulama

Çoğu insan bilgisayarıhane seviyesi. Bununla birlikte, geleneksel PC'ler de iyi bir performans gösterirken, binlerce, belki de yüz binlerce değişkene dayanan olayları tahmin etmek için, makine sadece çok büyük olmalıdır. Bir kuantum bilgisayar, bir ay boyunca hava durumunu tahmin etmek, doğal afetler hakkında verileri işlemek ve bunları tahmin etmek gibi birçok şeyle kolayca başa çıkabilir ve ayrıca birkaç atomun bir işlemcisiyle, bir çok saniyede bir çok değişkenle karmaşık matematiksel hesaplamalar gerçekleştirebilir. Belki de, çok yakında en güçlü bilgisayarlarımız bir kâğıt ile kalın olacak.

Sağlığın korunması

Kuantum bilgisayar teknolojileri büyük bir getirecekilaca katkı. Tüm işlemleri gerçekleştirebilen bir bilgisayar dışında "beyinleri" ile minik robotlar: İnsanoğlu onların yardımıyla, ameliyat olmadan tıbbi bakım sağlamak için de sadece basitçe içeriden tüm vücut bakarak hastalığı teşhis etmek mümkün olacak, ama güçlü potansiyeli olan nanomachinery oluşturmak mümkün olacaktır.

Bilgisayar oyunları alanında devrim kaçınılmazdır. Problemleri anında çözebilen güçlü makineler, inanılmaz derecede gerçekçi grafiklerle, oyun dünyasında çok uzak olmayan, tam daldırma özellikli oyunlar oynayabilecek.