Bir elektron nədir? Elektron kütləsi və yükü

Elektron əsas maddədir, maddənin struktur bölmələri olanlardan biridir. Təsnifat olaraq, bir fermion (fizik E. Fermi adına yarım tamsayı spin ilə bir hissəcik) və lepton (güclü qarşılıqlı iştirak edən yarım tamsayı spin olan hissəciklər, fizikanın dörd əsaslarından biri). Bir elektronun baryon sayı sıfıra bərabərdir, eləcə də digər leptonlardır.

Yaxın vaxtadək elektrona elementar, yəni bölünməz, partikülsiz bir quruluş olduğuna inanırdı, amma elm adamları artıq fərqli bir fikirdədirlər. Elektron müasir fiziklərin fikirlərinə görə nədir?

Başlıq tarixi

Qədim Yunanıstanda belə təbiətçiləri əvvəlcədən yunlaşmış kəhrəbanın özünə kiçik əşyalar çəkdiyini, yəni elektromaqnit xüsusiyyətlərini nümayiş etdirdiklərini fərq etdi. Onun adı "amber" deməkdir yunan ἤλεκτρον olan elektron tərəfindən qəbul edilmişdir. Bu dövr 1897-ci ildə J. Stoney tərəfindən təklif edilmişdir, baxmayaraq ki, parçacıq 1897-ci ildə J. Thompson tərəfindən aşkar edilmişdir. Təsəvvür etmək çətin idi, bunun səbəbi kiçik bir kütlədir və elektronun təyinatı həlledici tapma təcrübəsində idi. Partikülün ilk görünüşləri, Charles Wilson tərəfindən xüsusi bir kamera istifadə edərək əldə edilmiş, hətta müasir sınaqlarda da istifadə edilən və onun şərəfinə adlandırılmışdır.

Maraqlı bir faktdır ki, elektronun aşkarlanmasının ön şərtlərindən biri Benjamin Franklinin sözüdür. 1749-cu ildə elektrik enerjisi maddi bir maddə olduğunu fərz etdi. Əvvəlcə işlərdə müsbət və mənfi ittihamlar, kondansatör, axıdıcı, batareya və elektrik hissəcikləri kimi terminlər istifadə edilmişdir. Bir elektronun xüsusi yükü mənfi hesab edilir və protonun müsbət olduğu qəbul edilir.

Elektronın kəşfi

1846-cı ildə "elektrik enerjisi" anlayışı Alman fizik Wilhelm Weber tərəfindən əsərlərində istifadə edilməyə başlandı. Michael Faraday "ion" termini kəşf etdi, indi bəlkə də hələ də məktəb tezgahından bilirlər. Alman təbiətşünas və riyaziyyatçı Julius Plukker, Jean Perren, ingilis fizikası William Crookes, Ernst Ruterford və başqaları kimi bir çox görkəmli alim elektrik enerjisinə cəlb edilmişdir.

Beləliklə, Jozef Tekin, məşhur təcrübəsini müvəffəqiyyətlə tamamlamadan və bir atomdan kiçik bir parçacığın varlığını sübut etmədən əvvəl, bir çox alim bu sahədə işləmişdir və bu böyük işi etmədikdə kəşf mümkün olmazdı.

1906-cı ildə Joseph Tompson Nobel mükafatını aldı. Denemeler şöyledir: Elektrik alanını oluşturan paralel metal levhalar sayesinde, katot ray ışınları geçildi. Sonra da eyni şəkildə aparmaq məcburiyyətində qaldılar, ancaq artıq bir maqnit sahəsi yaradan bir qaynaq sistemi ilə. Thompson, şüaların elektrik sahəsinin hərəkətində əyilmiş olduğunu və eyni şəkildə maqnetik hərəkətlərlə müşahidə edildiyini təsbit etdi, ancaq hər iki sahə tərəfindən parçacıqların sürətinə bağlı olan hər iki sahə tərəfindən hərəkət edilərsə, katot ray şüaları traektoriyanı dəyişmədi.

Hesablamalardan sonra, Thompson, bu hissəciklərin sürətinin işıq sürətindən əhəmiyyətli dərəcədə aşağı olduğunu öyrənmişdir ki, bu da onların kütləvi olduğunu göstərmişdir. Bu andan etibarən, fiziklər maddənin açıq hissəcikləri atomun bir hissəsi olduğuna inanırlar, sonra isə Rutherfordun təcrübələrində təsdiqləndi . O, "atomun planetar modeli" adlandırdı.

Quantum Dünya Paradoksları

Elektrondan meydana gələn sual, ən azından elm inkişafının bu mərhələsində olduqca mürəkkəbdir. Bunu nəzərə almadan, kvant fizikasının paradokslarından birinə çevrilməlidir, hətta alimlərin özləri bunu izah edə bilməzlər. Bu elektronun ikili xarakterini izah edərək, iki yuva ilə məşhur bir sınaqdır.

Onun mahiyyəti, "gun" atəş partiküllərindən əvvəl, vertikal düzbucaqlı çuxurlu bir çərçivə quraşdırılmışdır. Arxaların arxasında xit izləri olan bir divar var. Yəni ilk olaraq maddənin necə davranıldığını anlamaq lazımdır. Tennis toplarının maşın tərəfindən necə tətbiq edildiyini təsəvvür etmək üçün ən asan yol. Bəzi toplar çuxurun üzərinə düşür və divarındakı xit izləri bir dik şerid əlavə edilir. Eyni çuxurdan birinə əlavə bir məsafədə, izlər müvafiq olaraq iki bənddən ibarət olacaqdır.

Bu vəziyyətdəki dalğalar fərqli davranır. Divarda bir dalğa ilə toqquşma əlamətləri varsa, bir dəlik halda, şerit də bir olacaq. Ancaq iki yarıq halında hər şey dəyişir. Deliklərdən keçən dalğa yarıya bölünür. Dalğalardan birinin yuxarı hissəsi digərinin aşağı hissəsinə cavab verirsə, bir-birlərini söndürürlər və divarda bir neçə şaquli bant meydana çıxır. Dalğaların kəsişdiyi yerlərdə bir iz buraxacaq, lakin qarşılıqlı söndürmə yerlərinin olduğu yerlər yoxdur.

Amazing kəşf

Yuxarıda təsvir edilən təcrübənin köməyi ilə elm adamları kvant və klassik fizika arasındakı fərqləri dünyaya əyani şəkildə göstərə bilərlər. Divarı elektronlarla bombalamağa başladıqda normal bir şaquli iz qoydu: bəzi hissəciklər, tennis topları kimi, boşluğa düşdü, bəziləri isə etmədilər. İkinci dəlik ortaya çıxdıqda isə hər şey dəyişdi. Divarda müdaxilə nümunəsi ortaya çıxdı! Əvvəlcə fiziklər elektronların bir-birinə müdaxilə etdiyinə qərar verdilər və bir dəfəyə çıxmağa qərar verdilər. Ancaq bir neçə saatdan sonra (hərəkət edən elektronların sürəti işıq sürətindən daha aşağı səviyyədədir) bir müdaxilə nümunəsi yenidən ortaya çıxdı.

Beklenmeyen dönüş

Elektron, foton kimi bəzi digər hissəciklərlə birlikdə, bir korpuskulyar dalğa dualizmi ("kvant-dalğa dualizm" termini də istifadə olunur) ifadə edir. Həm canlı , həm də ölü olan Schrodinger pişiyi kimi, elektron dövlət də korpuskular və dalğa ola bilər.

Lakin, bu təcrübədə növbəti addım daha çox sirrlərə gətirib çıxardı: hər kəsin bildiyi güman edilən əsas hissəcik inanılmaz bir sürpriz verdi. Fiziklər, düzəltmək üçün bir gözləmə qurğusunu düzəltmək qərarına gəldilər, hansı hissəciklər keçdikdən sonra və necə bir dalğa kimi göstərdilər. Lakin müşahidə mexanizmi yerləşdirilmədikdən sonra, divarda yalnız iki bant meydana çıxıb, iki çuxura bərabərdir və müdaxilə nümunəsi yoxdur ! "Gölgeleme" aradan qaldırılmasından sonra parçacıq təkrar dalğa xüsusiyyətlərini sərgiləməyə başlamışdır, güman ki, heç kim bundan sonra izlənməyini bilirdi.

Digər bir nəzəriyyə

Fizik Bourne, parçacığın sözün mənəvi mənasında bir dalğa olmamasını təklif etdi. Elektronda "özündə ehtimal dalğası var", bir müdaxilə nümunəsi verir. Bu hissəciklər superpozisiya mülkiyyətinə malikdirlər, yəni hər hansı bir yerdə müəyyən bir ehtimal ola bilərlər, buna oxşar bir "dalğa" ilə müşayiət oluna bilərlər.

Buna baxmayaraq, nəticə göz qabağındadır: bir müşahidəçinin iştirakı eksperimentin nəticəsini təsir edir. İnanılmaz görünür, lakin bu, bu cür bir nümunə deyil. Fiziklər maddənin daha böyük hissələrində təcrübə keçirdilər, obyekt isə bir dəfə alüminium folqa ilə incə bir hissə idi. Alimlər qeyd edirlər ki, müəyyən ölçülər yalnız obyektin istiliyinə təsir göstərmişdir. Belə hadisələrin təbiəti hələ də açıqlaya bilmir.

Struktur

Ancaq bir elektron nədir? Hal-hazırda müasir elm bu suala cavab vermir. Son vaxtlara qədər, bölünməz əsas hissəcik sayılırdı, indi elm adamları daha kiçik strukturlardan ibarətdir.

Elektron xüsusi yükü də ibtidai olaraq qəbul edildi, fraqmentik yükə malik olan kvarklar isə açıqdır. Elektronın hansı elementlərdən ibarət olduğu barədə bir neçə nəzəriyyə var.

Bu gün elm adamlarının elektrondan ayrılmasına nail olduğu ifadə edilən məqalələri görə bilərsiniz. Ancaq bu yalnız qisimdir.

Yeni Denemeler

Keçən əsrin 80-ci illərində Sovet alimləri bir elektronun üç kvasipartikula bölünməsini təklif etdilər. 1996-cı ildə spinon və holon kimi bölüşdürüldü və son zamanlarda fiziki Van den Brink və onun komandası bir spinon və orbitona bölünən hissəciklərə sahib idi. Lakin, parçalanma yalnız xüsusi şəraitdə əldə edilə bilər. Eksperiment son dərəcə aşağı temperaturlarda həyata keçirilə bilər.

Elektronlar mütləq sıfıra "soyunduqda" və bu, -275 dərəcə Selsi olduğunda, praktik olaraq dayandırılıb və bir parçacıq halına birləşmə kimi öz aralarında bir növ maddə təşkil edirlər. Belə şərtlərdə fiziklər elektrondan ibarət olan "ibarətdir" quasipartikulyarları müşahidə edə bilirlər.

Məlumat daşıyıcıları

Elektronun radiusu çox azdır, 2.81794 ^. 10 ^-13 sm- ^dir , ancaq komponentləri daha kiçikdir. Elektronı "bölmək" bacaran üç hissədən hər biri bu barədə məlumat daşıyır. Orbiton, adından göründüyü kimi, parçacığın orbital dalğası haqqında məlumatları ehtiva edir. Spinon, elektronun spinindən məsuldur və holon bizə şarj haqqında danışır. Beləliklə, fiziklər güclü soyuq bir maddədə elektronların müxtəlif dövlətlərini ayrı-ayrılıqda müşahidə edə bilərlər. Onlar "holon-spinon" və "spinon-orbiton" cütlərini izləyə bildi, lakin hamısı bir-birinə bənzəmirdi.

Yeni texnologiyalar

Elektron aşkar edən fiziklər, kəşfinin praktikada tətbiq olunmasına qədər bir neçə ilə qədər gözləmək məcburiyyətində qaldılar. Bizim zamanımızda texnologiya bir neçə ildə istifadə olunur, sadəcə, bir təbəqədə karbon atomlarından ibarət olan inanılmaz bir materialdır. Bir elektron parçalanması üçün nə faydalı olacaq? Alimlər kvant kompüterinin yaradılmasını proqnozlaşdırırlar ki , onların sürəti, ən güclü müasir kompüterlərdən daha bir neçə dəfə çoxdur.

Kvant kompüter texnologiyasının sirri nədir? Bu, sadə optimallaşdırma adlandırıla bilər. Tanınmış bir kompüterdə bir az, bölünməz məlumatlar bir az olur. Və məlumatları görsel olaraq düşünsək, maşın üçün yalnız iki seçim var. Bir az sıfır və ya bir, yəni ikili kodun hissələri ehtiva edə bilər.

Yeni üsul

İndi bitin sıfır olduğunu təsəvvür edək və birim "kvant biti", ya da "cuebit". Sadə dəyişənlərin rolu elektron spin tərəfindən oynanacaq (saat istiqamətində və ya saat istiqamətində dönə bilər). Sadə bir bitdən fərqli olaraq, cuebit bu səbəbdən də eyni zamanda bir neçə funksiyanı yerinə yetirə bilər və əməliyyat sürətində artım olacaq, burada kiçik kütlə və elektronun yüklənməsi əhəmiyyətli deyil.

Bunu labirent nümunəsi ilə izah edə bilərsiniz. Ondan çıxmaq üçün bir çox müxtəlif variantları sınamalısınız, onlardan yalnız biri doğru olacaq. Ənənəvi kompüter problemləri tez həll edə bilər, ancaq bir anda yalnız bir problemlə işləyə bilər. O yolların bir-birinə bənzəyir və nəticədə o tapa bilər. Bir kvant kompüter, cuebits duality sayəsində, eyni zamanda bir çox problemləri həll edə bilər. O, öz növbəsində deyil, vaxtında bir nöqtədə mümkün variantları yenidən nəzərdən keçirəcək və problemi həll edəcək. Bu günə qədər çətinlik yalnız bir tapşırıq üzərində işləmək üçün bir çox quanta məcbur etməkdir. Bu, yeni nəsil kompüterin əsasını təşkil edəcəkdir.

Ərizə

Çox insan evdə bir kompüter istifadə edir. Bununla belə, konvensional kompüterlər də yaxşı işləyirlərsə də, minlərlə, bəlkə də yüz minlərlə dəyişənlərə bağlı hadisələri təxmin etmək üçün, maşın sadəcə böyük olmalıdır. Bir kvant kompüter asanlıqla bir ay ərzində hava proqnozlaşdırma, təbii fəlakətlərə dair məlumatların işlənməsi və onları proqnozlaşdırma, həmçinin bir neçə atomun bir prosessoru ilə bir neçə fərqli kompleks riyazi hesablamalar aparmaqla asanlıqla öhdəsindən gələ bilər. Yəqin ki, tezliklə, ən güclü kompüterlərimiz bir kağız kağız ilə qalın olacaq.

Sağlamlığın qorunması

Kvant kompüter texnologiyası dərmana böyük töhfə verəcəkdir. İnsanlar ən güclü potensiala sahib olan nanomekanizmlər yaratmaq imkanı əldə edəcəklər. Onların köməyi ilə xəstəliklərin yalnız bütün orqanı içəridən baxaraq sadəcə olaraq diaqnoz qoymaqla mümkün deyil, həm də cərrahiyyə müdaxiləsi olmadan tibbi yardım göstərmək mümkün olacaq: əla kompüterin "beyinləri" ilə ən kiçik robotlar bütün əməliyyatları yerinə yetirəcəklər.

Kompüter oyunları sahəsində inqilab qaçılmazdır. Problemləri dərhal həll edə biləcək güclü maşınlar tam immersion ilə uzaqdan artıq kompüter dünyaları deyil, inanılmaz realistik qrafika ilə oyun oynaya bilər.