X'inhu elettron? Il-massa u l-ħlas ta elettron

Elettroni - partiċelli fundamentali, wieħed minn dawk li huma l-unitajiet strutturali ta 'materja. Skond il-klassifikazzjoni huwa fermion (partiċelli bl nofs integrali spin, imsemmija wara fiżiċista Enrico Fermi) u leptons (partikoli nofs numru sħiħ spin, ma jipparteċipawx fil-interazzjoni qawwija, wieħed mill-erba maġġuri fil-fiżika). Numru Baryon 'l-elettron huwa żero, kif ukoll leptons oħra.

Sa ftit ilu kien maħsub li l-elettron - elementari, jiġifieri indiviżibbli, li m'għandha l-ebda struttura ta 'partiċelli, imma x-xjenzjati għandhom opinjoni differenti llum. X'inhu l-elettroni fuq preżentazzjoni tal-fiżika moderna?

Storja tal-isem

Anke fil naturalists Greċja tal-qedem ndunat li ambra, qabel l-jingħorok bil-pil, jattira oġġetti żgħar, jiġifieri juri proprjetajiet elettromanjetiċi. L-isem tal-elettron riċevuti mill-ἤλεκτρον Grieg, li tfisser "ambra". It-terminu suġġerit George. Stoney fl-1894, għalkemm il-partiċella ġiet skoperta minn J. .. Thompson fl-1897. Kien diffiċli li tinstab il-kawża ta 'dan hija l-massa żgħar u responsabbli ta' l-elettron sar biex isibu esperjenza deċiżiv. L-ewwel ritratti tal-partiċelli kien Charles Wilson bil-kamera speċjali, li huwa użat anki fl-esperimenti moderna u huwa msemmi fl-unur tiegħu.

Fatt interessanti huwa li wieħed mill-prekundizzjonijiet għall-ftuħ ta elettron tgħid ta 'Benjamin Franklin. 1,749 huwa żviluppa l-ipoteżi li l-elettriku - sustanza materjal. Huwa fil-xogħlijiet tiegħu kienu l-ewwel użata termini bħal ħlasijiet pożittivi u negattivi, disċarġ ta 'kondenser, batteriji u partiċelli elettriċi. Il-ħlas speċifiku ta 'l-elettron huwa meqjus li jkun negattiv, u l-protoni - pożittiv.

L-iskoperta tal-elettron

Fl-1846, il-kunċett ta ' "atomu ta' elettriku" kien użat fil-xogħlijiet tiegħu, il-fiżiċista Ġermaniż Wilhelm Weber. Maykl Faradey skoprew it-terminu "jone", li issa hija, possibilment, jafu kollha għadhom l-iskola. Il-kwistjoni ta 'natura elettriku involut studjużi eminenti ħafna bħal fiżiċista Ġermaniż u matematiku Julius Plücker, Zhan Perren, il fiżiċista Ingliż Uilyam Kruks, Ernest Rutherford u oħrajn.

Għalhekk, qabel ma Dzhozef Tompson temm b'suċċess esperiment famuż tiegħu u wera l-eżistenza ta 'partiċelli iżgħar minn atomu, fil-qasam tax-xogħol ta' ħafna xjentisti u l-iskoperta tkun impossibbli, dawn ma jkunux għamlu dan ix-xogħol kolossali.

Fl-1906, Dzhozef Tompson irċieva l-Premju Nobel. Esperjenza kienet kif ġej: permezz tal-pjanċi tal-metall paralleli ta 'l-kamp elettriku, travi raġġi cathode għaddew. Allura dawn għamlu l-istess mod, iżda f'sistema coil biex jinħoloq kamp manjetiku. Thompson sabet li meta kamp elettriku milwi travi, u l-istess huwa osservat ma 'azzjoni manjetiċi, madankollu travi katodu raġġi trajettorja ma nbidlitx jekk huma aġixxew dawn iż-żewġ oqsma fil-proporzjonijiet ċerti, li jiddependu fuq il-veloċità tal-partiċelli.

Wara kalkoli Thompson tgħallmu li l-veloċità ta 'dawn il-partiċelli huwa ferm inqas mill-veloċità tad-dawl, u dan kien ifisser li huma għandhom massa. Minn dan il-punt tal-fiżika waslu biex jemmnu li l-partiċelli miftuħa kwistjoni inklużi fil-atomi li sussegwentement konfermati mill Rutherford. Huwa talab li "mudell planetarju 'l-atomu."

Paradossi tad-dinja kwantum

Il-kwistjoni ta 'x'jikkostitwixxi elettron ikkumplikata biżżejjed, għall-inqas f'dan l-istadju ta' żvilupp ta 'xjenza. Qabel ma jiġu kkunsidrati dan, ikollok bżonn li tikkuntattja wieħed mill-paradossi tal-fiżika quantum li anke l-xjenzjati ma jkunux jistgħu jispjegaw. Dan huwa l-famuża esperiment żewġ qasma, tispjega n-natura doppja tal-elettron.

Essenza tiegħu huwa li qabel l- "gun", isparar partiċelli, stabbiliti qafas mal-ftuħ rettangolari vertikali. Wara tagħha huwa ħajt, li se tkun osservata traċċi ta 'l-hits. Allura, inti l-ewwel jeħtieġ li jifhmu kif kwistjoni iġib ruħu. L-eħfef mod biex tara kif jibdew l-blalen magna tat-tennis. Parti mill żibeġ jaqgħu fil-toqba, u l-traċċi tar-riżultati tal-ħajt fi miżjuda f'faxxa vertikali waħda. Jekk f'distanza ċerti li żżid ieħor l-istess traċċi toqba se jiffurmaw, rispettivament, żewġ faxex.

Il-mewġ wkoll jaġixxi b'mod differenti f'tali sitwazzjoni. Jekk il-ħajt se juru traċċi ta 'ħabta ma' mewġa, fil-każ ta 'medda jinfetaħ se jkun ukoll wieħed. Madankollu, l-affarijiet qed jinbidlu fil-każ taż-żewġ qasmiet. Mewġa li jgħaddi mill-toqob, maqsuma min-nofs. Jekk il-quċċata ta 'mewġa waħda jissodisfa l-qiegħ ta' ieħor, huma jikkanċellaw lil xulxin, u l-mudell interferenza (strixxi vertikali multipli) se jidhru fuq il-ħajt. Poġġi fl-intersezzjoni tal-mewġ se jħallu marka, u l-postijiet fejn kien hemm jifga reċiproku, l-ebda.

iskoperta aqwa

Bl-għajnuna ta 'l-esperiment ta' hawn fuq, ix-xjentisti jistgħu juru b'mod ċar lid-dinja d-differenza bejn quantum u l-fiżika klassika. Meta bdew isparar elettroni ħajt, normalment iseħħ fil-marka vertikali fuqha: xi frak biss bħal ballun tat-tennis waqgħet fil-vojt, u xi wħud ma. Iżda dan kollu inbidel meta kien hemm it-tieni toqba. Fuq il-ħajt żvelat l-mudell interferenza! Ewwel Fiżika iddeċieda li elettroni jinterferixxu ma 'xulxin u ddeċieda li jħallu lilhom waħda waħda. Madankollu, wara ftit sigħat (veloċità ta 'elettroni li jiċċaqalqu għadu ferm inqas mill-veloċità tad-dawl) għal darb'oħra bdew juru mudell interferenza.

tibdil mhux mistenni

Elettroniċi, flimkien ma 'ċerti partikoli oħra bħal photons, turi duwalità mewġa-partiċella (ukoll juża t-terminu "quantum mewġa dwaliżmu"). Bħal qattus Schrödinger li kemm ħajjin u mejta, l-istat elettroni jista 'jkun kemm korpuskulari u mewġ.

Madankollu, il-pass li jmiss fil dan l-esperiment ikun iġġenerat saħansitra aktar misteri: partiċella fundamentali deher li jkunu jafu kollox, ppreżentat sorpriża inkredibbli. Fiżiċi tiddeċiedi li jinstallaw fl toqob mezz ta 'firxa biex lock, li permezz tiegħu qasma tal-partiċelli huma, u kif dawn jimmanifestaw ruħhom minħabba l-mewġ. Iżda hekk kif daħlet mekkaniżmu ta 'monitoraġġ fuq il-ħajt kien hemm biss żewġ meded li jikkorrispondu għal żewġ toqob, u l-ebda mudell interferenza! Hekk kif il-"shadowing" mnaddfa, partiċelli beda mill-ġdid biex juru l-proprjetajiet mewġ bħallikieku kienet taf li hija kienet diġà ebda wieħed huwa jaraw.

teorija oħra

Fiżiċista Twieled ssuġġeriet li l-partiċelli ma jduru fis mewġa litteralment. Elektron "fih" mewġa ta 'probabbiltà, li jagħti mudell interferenza. Dawn il-partiċelli għandhom l-proprjetà ta 'Sovrapożizzjoni, li jfisser li jista' jkun kullimkien fi ċerta probabbiltà, u għalhekk jistgħu jkunu akkumpanjati minn tali "mewġa".

Madankollu, ir-riżultat huwa ovvju: is-sempliċi preżenza tal-osservatur jaffettwa l-eżitu tal-esperiment. Jidher inkredibbli, iżda mhuwiex l-uniku eżempju tat-tip tiegħu. esperimenti fiżika twettqu fuq parti kbira tal-omm, ladarba l-għan tal-segment kien il-fojl tal-aluminju irqaq. Ix-xjentisti nnutaw li s-sempliċi fatt ta 'xi kejl jaffettwaw it-temperatura tal-oġġett. In-natura ta 'dawn il-fenomeni huma tispjega għadu mhux fis-seħħ.

istruttura

Imma dak li jikkostitwixxi l-elettron? Wara dan, ix-xjenza moderna ma tistax twieġeb din il-mistoqsija. Sa ftit ilu kien meqjus partiċelli fundamentali indiviżibbli, iżda issa xjentisti huma inklinati li jemmnu li huwa magħmul minn strutturi saħansitra iżgħar.

Il-ħlas speċifiku ta 'l-elettron hija wkoll meqjusa bħala bażiku, iżda issa huma Quarks miftuħ ma ħlas frazzjonali. Hemm diversi teoriji dwar x'jikkostitwixxi elettron.

Illum nistgħu naraw l-artiklu, li jiddikjara li l-xjenzati kienu kapaċi jaqsmu l-elettron. Madankollu, dan huwa biss parzjalment veru.

esperimenti ġodda

xjentisti Sovjetiċi lura fil-snin tmenin tas-seklu li għadda assumew li l-elettron jistgħu jinqasmu fi tliet quasiparticles. Fl-1996 huwa rnexxielu jiġi diviż spinon u Holon, u reċentement fiżiku Van den Brink u t-tim tiegħu kien maqsum spinon partiċelli u orbiton. Madankollu, qsim huwa possibbli li jinkiseb biss f'ċirkostanzi speċjali. L-esperiment tista 'titwettaq f'kundizzjonijiet ta' temperaturi estremament baxxi.

Meta l-elettroni huma "jibred" għal żero assoluta, li huwa madwar -275 gradi Celsius, huma kważi jieqfu u forma bejniethom tip ta 'kwistjoni, jekk jingħaqdu fi partiċella waħda. F'ċirkustanzi bħal dawn, u fiżiċi jista 'josserva quasiparticles, li minnhom "hija" elettron.

trasportaturi informazzjoni

raġġ elettroni huwa żgħir ħafna, huwa ugwali għal ^2.81794. 10 ^-13 ċm, iżda jirriżulta li l-komponenti tagħha għandhom daqs ħafna iżgħar. Kull wieħed mill-tliet partijiet li fihom rnexxielhom "firda" l-elettron, twettaq l-informazzjoni dwar dan. Orbiton, kif jimplika l-isem, fih data dwar il-partiċelli mewġa orbitali. Spinon responsabbli għall-ispin tal-elettron, u Holon tgħidilna dwar l-akkuża. Għalhekk, il-fiżika tista separatament josserva stati differenti ta 'elettroni f'materjal mkessaħ ħafna. Huma rnexxielhom biex jiġi rintraċċat par ta ' "holon-spinon" u "spinon-orbiton", iżda mhux kollha tlieta flimkien.

teknoloġiji ġodda

Fiżiċista li skopriet l-elettron kellhom jistennew diversi għexieren ta 'snin qabel sa iskoperta tagħhom ġie applikat fil-prattika. Illum il-ġurnata t-teknoloġiji isibu l-użu f'bosta snin, huwa biżżejjed li wieħed jiftakar graphene - materjal aqwa li jikkonsisti minn atomi tal-karbonju f'saff wieħed. Il-qsim tal-elettron ikun ta 'għajnuna? Ix-xjentisti jbassru li l-ħolqien ta 'kompjuter quantum, il-veloċità ta' liema, skond huma, ftit għexieren ta 'darbiet akbar minn dik ta' llum kompjuters aktar qawwija.

X'inhu s-sigriet tal-teknoloġija tal-kompjuter quantum? Dan jista 'jissejjaħ ottimizzazzjoni sempliċi. Fil-kompjuter konvenzjonali, il-parti indiviżibbli minimu ta 'l-informazzjoni - daqsxejn. U jekk nikkunsidraw id-data ma 'xi ħaġa viżwali, xi ħaġa għall-karozza biss żewġ għażliet. Bit jistax ikun fih jew żero jew wieħed, jiġifieri parti minn kodiċi binarju.

metodu ġdid

Issa ejja jimmaġina li fil-daqsxejn jinsabu u żero, u l-unità - ta ' "daqsxejn kwantistika" jew "Cube". Ir-rwol tal-varjabbli sempliċi se jkollhom l-spin 'l-elettron (li tista' ddur jew arloġġ jew kontra l-arloġġ). B'differenza Cube daqsxejn sempliċi jista 'jwettaq diversi funzjonijiet fl-istess ħin, u minħabba din iż-żieda se jseħħ veloċità, il-massa elettroni baxx u l-ħlas mhumiex importanti hawnhekk.

Dan jista 'jiġi spjegat mill-eżempju tal-labirintika. Biex toħroġ minnha, għandek bżonn biex tipprova ħafna ta 'għażliet differenti minn fejn wieħed biss se jkun korrett. kompjuter tradizzjonali anke issolvi problemi malajr, iżda fl-istess ħin jistgħu jaħdmu biss fuq problema waħda. Huwa jelenka l-għażliet kollha fuq passaġġ waħda, u eventwalment isib mod kif toħroġ. Il-kompjuter quantum, grazzi għall-kyubita duwalità tistax issolvi ħafna problemi simultanjament. Huwa se tirrevedi l-għażliet kollha ma jkunux fuq il-linja, u fil-mument wieħed fil-ħin, u wkoll isolvu l-problema. Id-diffikultà hija biss safejn huwa li tikseb ħafna xogħol fuq oġġett quantum - dan se jkun il-bażi għal ġenerazzjoni ġdida ta 'kompjuter.

applikazzjoni

Ħafna nies jużaw kompjuter fil-livell tal-familja. Ma 'dan ix-xogħol eċċellenti s'issa u PCs konvenzjonali, iżda li wieħed ibassar avvenimenti speċifiċi eluf, forsi mijiet ta' eluf ta 'varjabbli, il-magna għandha tkun sempliċiment enormi. kompjuter quantum faċilment ilaħħqu ma 'affarijiet bħal tbassir tat-temp għal xahar, it-trattament ta' diżastru u d-data tbassir tagħha, u se twettaq ukoll kalkoli matematiċi kumplessi ma 'varjabbli multipli għal frazzjoni ta' sekonda, kollha bi proċessur ta xi atomi ftit. Għalhekk huwa possibbli, ħafna dalwaqt kompjuters aktar qawwija tagħna huma irqiq karta.

Biex tibqa 'f'saħħtek

teknoloġija tal-kompjuter quantum se tagħti kontribut kbir għall-mediċina. Umanità se jkunu kapaċi joħolqu nanomachinery b'potenzjal qawwi, bl-għajnuna tagħhom, se jkun possibbli mhux biss għad-djanjosi marda billi sempliċiment tħares lejn il-ġisem kollu minn ġewwa, iżda wkoll biex jipprovdu kura medika mingħajr kirurġija: robots ċkejkna ma ' "imħuħ" minbarra kompjuter jistgħu jwettqu operazzjonijiet kollha.

rivoluzzjoni inevitabbli fil-qasam tal-logħob tal-kompjuter. magni b'saħħithom li jistgħu istantanjament isolvu l-problema, se jkunu jistgħu jilagħbu logħob bi grafika oerhört realistiċi, mhuwiex bogħod diġà u Dinjiet kompjuter b 'immersjoni sħiħa.