Электрон. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Электрон (е^-) - первая из открытых элементарных частиц, носитель отрицат. элементарного заряда е=1,6^.10^-19 К (4,8^.10^-10 единиц СГСЭ). Э--самая лёгкая из всех заряж. элементарных частиц. Его масса т_e

9,1•10^-28 г в 1836 раз меньше массы протона. Спин Э. равен 1/2 (в единицах 2p/h), и, следовательно, Э. подчиняются Ферми - Дирака статистике. Магнитный момент Э. m_е

/(2m_ес) = m_Б (m_Б- магнетон Бора). В пределах точности эксперимента Э.- стабильная частица. Его время жизни t>2•10²² лет.

Э. были открыты в 1897 Дж. Дж. Томсоном (J. J. Thomson), показавшим, что т. н. катодные лучи, возникающие при электрич. разряде в разреженных газах, представляют собой поток отрицательно заряженных частиц. Опытами по отклонению этих частиц в электрич. и магн. полях было установлено, что уд. заряд е/т для них примерно в 1837 раз больше, чем для ионов водорода. За частицами было закреплено назв. "электроны", предложенное ранее в 1891 Дж. Стони (G. Stoney) для обозначения элементарного заряда одновалентных ионов. Значение заряда Э. (близкое к современному) было получено Р. Милликеном (R. Millikan) в серии опытов 1910-14.

Э. играют важнейшую роль в строении окружающего нас вещества, образуя электронные оболочки атомов всех хим. элементов. Типичные размеры электронных оболочек атомов, определяемые квантовой спецификой поведения электронов в поле ядра, задаются в осн. значениями массы и заряда Э. и по порядку величины близки к т. н. боровс-кому радиусу

²/т_ее² = 5•10^-9 см.

Характер размещения Э. в атомных оболочках и заполнения ими энергетич. уровней в существ. мере связан с наличием у них спина 1/2 и, следовательно, с действием Паули принципа, запрещающего нахождение двух электронов в одинаковом квантовом состоянии. Это ведёт к периодич. повторению свойств хим. элементов, открытому Д. И. Менделеевым (см. Периодическая система элементов). С наличием спина у Э. связаны, в частности, такие нетривиальные свойства ряда твёрдых тел, как ферромагнетизм, обусловливаемый выстраиванием спинов и связанных с ними магн. моментов у электронов соседних атомов, и сверхпроводимость ,в основе к-рой лежит возможность образования в металлах при низких темп-pax слабо связанных пар Э. с противоположно ориентированными спинами (куперовские пары, см. Купера эффект).

Как элементарная частица Э. принадлежит к классу леп-тонов ,т. е. обладает только эл--магн. и слабым взаимодействием (и, естественно, гравитационным). Описание электромагнитного взаимодействия Э. даётся квантовой электродинамикой (КЭД). В 1929 в рамках КЭД был произведён первый расчёт сечения электродинамич. процесса комптоновского рассеяния у-квантов на Э. (см. Клейна - Нишины форму ла): g + е^-g' + е^-', к-рый дал прекрасное согласие с экспериментом. Важным элементом формализма КЭД явилось вторично-квантованное Дирака уравнение для Э. со спином 1/2. Из него следовало существование частицы с массой, равной массе Э., но с противоположным знаком заряда (античастицы Э.). Такая частица е⁺ , названная позитроном, была обнаружена в 1932 в составе космич. лучей, что явилось блестящим подтверждением всей схемы КЭД.

За годы, прошедшие после открытия позитрона, аппарат КЭД был усовершенствован введением техники перенормировки, позволившей учитывать в теории более высокие порядки, и предсказания КЭД подверглись сравнению с экспериментом со всё возрастающей точностью. Во всех случаях расхождений обнаружено не было. В частности, с рекордной точностью были рассчитаны и измерены т. н. лэмбовский сдвиг уровней в атоме водорода и магн. момент Э. С учётом высших поправок теории магн. момент Э. m_e = 1,00116 m_Б.

Один из важных выводов, вытекающий из проверок КЭД, связан с размерами Э. КЭД предполагает Э. точечным. Ни в одном эффекте расхождения с этим допущением обнаружено не было. Физически это означает, что размеры Э. меньше 10^-16 см. Наилучшая точность проверки была достигнута в чисто электродинамич. процессе е⁺+е^-

2g.

Слабое взаимодействие Э. при энергиях, меньших 100 ГэВ в системе центра масс, описывается феноменоло-гич. четырёхфермионной теорией; при энергиях, больших 100 ГэВ в системе центра масс,- теорией электрослабого взаимодействия. Характерные примеры слабого взаимодействия с участием Э.:

При рассмотрении слабого взаимодействия Э. следует приписать дополнительную сохраняющуюся величину - электронное лептонное число .Такое же лептонное число имеет электронное нейтрино v_е. В рамках точности совр. эксперимента электронное лептонное число сохраняется. Это означает, что допустим, напр., процесс е^-+р

n + v_e, но невозможен процесс е^-+р

m^-+р или процесс m^-

е^- +g. Природа сохранения электронного лептонного числа пока не понята и явится предметом дальнейших исследований. Наиб. вероятно, что указанный закон сохранения не является строгим, но характер и степень его нарушения предстоит ещё выяснить. Возможно, это прольёт новый свет на свойства Э.

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.