電子とは何ですか？ 電子の質量及び電荷

電子 - 基本的な粒子、物質の構造単位であるものをの一つ。 フェルミオン（物理学者エンリコ・フェルミにちなんで名付けられた半整数スピンを持つ粒子）とレプトンである分類によると（半整数スピンを持つ粒子は、強い相互作用、物理学の4つの主要なの一つに参加していません）。 電子のバリオン数はゼロ、ならびに他のレプトンです。

最近までそれが信じられていたその電子 - 基本、粒子のない構造を持っていませんが、科学者たちは、今日異なった意見を持っている、不可分です。 現代物理学のプレゼンテーション上の電子とは何ですか？

名前の歴史

でも、古代ギリシャの博物学者ではアンバー、毛皮で事前にこすっは、すなわち、小さな物体を引き付ける電磁特性を示すことに気づきました。 電子の名前は「琥珀」という意味のギリシャἤλεκτρον、から受け取りました。 粒子は、1897年にJ ..トンプソンによって発見されたものの用語は、1894年にジョージ。ストーニーを示唆しました。 この原因は、小さな質量とです見つけることは困難であった 電子の電荷 決定的な経験を見つけることになりました。 粒子の最初の写真でも、現代の実験で使用されており、彼の名誉で命名された特殊なカメラ、とチャールズ・ウィルソンでした。

興味深い事実は、電子の開放のための前提条件の一つは、ベンジャミン・フランクリンの格言であるということです。 材料物質 - 1749年、彼はその電気仮説を開発しました。 それは、まず、正と負の電荷、コンデンサ放電、バッテリーと電気粒子としての用語を使用した作品です。 電子の比電荷は負であると考えられ、およびプロトンれる - 正。

電子の発見

1846年、「電気の原子」の概念は彼の作品は、ドイツの物理学者ヴィルヘルム・ヴェーバーで使用されました。 Maykl Faradeyは、おそらく、学校でまだすべてを知って、今ある用語「イオン」を、発見しました。 電気的な性質の問題は、このようなドイツの物理学者や数学者ジュリアス・プラッカー、ザン・ペレン、英語の物理学者Uilyam Kruks、アーネスト・ラザフォードなどなど、多くの著名な学者が関与しました。

Dzhozefトンプソンが正常に彼の有名な実験を完了し、原子より小さい粒子の存在を証明し、多くの科学者のフィールドワークにと発見は不可能であろう前にこのように、彼らはこの巨大な仕事を行っていません。

1906年に、Dzhozefトンプソンは、ノーベル賞を受賞しました。 電界の平行な金属板を介して、カソード線ビームが通過した：経験は以下の通りでした。 そして、彼らは同じように行っているだろうが、コイル系の磁場を作成します。 トンプソンは、電場がビームを偏向し、そして同一の磁気作用で観察されたとき、しかしそれらは粒子の速度に依存する一定の割合でこれらのフィールドの両方が作用した場合陰極線軌道が変化しないビームことを見出しました。

計算後トンプソンは、これらの粒子の速度は光の速度よりも著しく低いことを知り、これは、それらが質量を有することを意味します。 物理学のこの時点からオープン粒子状物質は、その後で確認原子に含まれていることを信じるようになった ラザフォード。 彼は、「原子の惑星モデル。」と呼びました

量子の世界のパラドックス

少なくとも科学の発展のこの段階で、十分な複雑な電子を構成するものの質問です。 それを考える前に、あなたも科学者が説明できない量子物理学のパラドックスの一つに連絡する必要があります。 これは、電子の二重の性質を説明する、有名な2スリット実験です。

その本質は、「銃」の前に、粒子を発射、縦長方形の開口部とフレームを設定されています。 彼女の背後ヒットの痕跡を観察される上壁、です。 だから、あなたは最初にどのように動作するかの問題を理解する必要があります。 機械のテニスボールを起動する方法を確認する最も簡単な方法。 ビーズの一部は、単一の垂直バンドに加えの穴に落ち、壁結果の痕跡。 一定の距離をおいて他に同じ穴トレースを追加する場合は、それぞれ、二つのバンドを形成します。

波はまた、このような状況では動作が異なります。 壁が波との衝突の痕跡を表示する場合は、一方の開口帯域の場合に、1あろう。 しかし、物事には、二つのスリットの場合に変化しています。 Waveは半分に割った穴を通過します。 1波の頂部が他の底部を満たしている場合、それらは互いに相殺し、干渉パターン（複数の縦縞）が壁に表示されます。 マークを残して波の交差点に置き、いや、相互消光があった場所。

驚くべき発見

上記実験の助けを借りて、科学者たちは明らかに世界に量子と古典物理学の違いを実証することができます。 彼らは電子の壁を発射し始めたとき、通常はそれに垂直のマークで発生します。ちょうどテニスボールのようないくつかの粒子が隙間に落ちた、と一部にはありません。 第二の穴があったとき、しかし、それはすべて、変更します。 壁には干渉パターンを明らかにしました！ まず、物理学は、電子が互いに干渉することを決定し、それらを一つずつせることを決めました。 しかし、数時間（移動する電子の速度は依然として光の速度よりはるかに低い）後に再び干渉パターンを示し始めました。

予期しないターン

電子は、一緒にそのような光子のような特定の他の粒子と、粒子と波動の二重性（また、用語「量子波二元論」を使用）を示します。 同様という猫シュレーディンガーの両方生きていると死んで、電子状態は、赤血球と波の両方にすることができます。

しかし、この実験の次のステップは、さらに多くの謎が発生しました：すべてを知っているように見えた基本的な粒子は、信じられないほどの驚きを発表しました。 物理学者は、ロックするデバイスをスコープ穴にインストールすることを決定し、それを通して粒子であるスリット、及びどのように波として現れます。 しかし、すぐにそれが壁に監視機構を入れたとして、そこに二つの穴に対応する唯一の2つのバンドがなかった、と何の 干渉パターン！ 彼女はすでに誰が見ていないされていたことを知っていたかのようにとすぐに掃除「シャドーイング」として、粒子は波の性質を示すために、再び始めました。

もう一つの説

物理学者生まれ粒子は、文字通り波に入らないことが示唆されました。 エレクトロンは、それが干渉パターンを与えることを、確率の波「が含まれて」。 これらの粒子は、彼らが一定の確率で任意の場所にすることができ、そのため彼らは、このような「波」を伴うことも意味し、重ね合わせの性質を持っています。

それにもかかわらず、結果は明白です：観察者の単なる存在は、実験の結果に影響を与えます。 それは信じられないようだが、それはその種の唯一の例ではありません。 セグメントの目的は、最も薄いアルミ箔したら物理実験は、母親の大部分で行いました。 科学者たちは、いくつかの測定値の単なる事実は、物体の温度に影響を与えることに注目しました。 彼らは説明し、これらの現象の性質は力ではまだありません。

構造

しかし、何が電子を構成していますか？ この時点では、現代の科学はこの質問に答えることはできません。 最近まで、それは不可分の基本粒子と考えられていたが、今の科学者たちは、それがさらに小さな構造体で構成されていることを信じるように傾斜しています。

電子の比電荷は、基本的な考えられるが、今の分数電荷を有するオープンクォークありますさ。 電子を構成するものについてのいくつかの説があります。

今日は、科学者が電子を分けることができたと述べている記事を、見ることができます。 しかし、これは部分的にしか真実です。

新しい実験

バック前世紀の80年代のソ連の科学者は、電子が3つの準粒子に分けることができることを前提としています。 1996年には、スピンオンとホロンに分割して管理され、最近では物理学者ヴァン・デン・ブリンクと彼のチームは、粒子スピンオンとorbitonに分けました。 ただし、分割は特殊な状況でのみ達成することが可能です。 実験は、非常に低い温度の条件下で行うことができます。

電子はおよそ-275℃である絶対零度に「クール」されているとき、彼らはほとんど停止し、それらの間の形の物質の種類を、単一の粒子にマージする場合。 このような状況において、および物理学者は、準粒子を観察することができ、それらの電子「あります」。

キャリア情報

電子半径が、それは^2.81794に等しい、非常に小さいです^。 10 ^-13センチ、しかしそれは、その成分がはるかに小さいサイズを持っていることが判明しました。 「分割」に電子を管理その中に三つの部分の各々は、それについての情報を運びます。 名前が示すようにOrbitonは、それが軌道波動粒子上のデータが含まれています。 電子のスピンの責任、およびホロンスピンオンは料金について教えてくれる。 このように、物理学は別に強く冷却材中の電子の異なる状態を観察することができます。 彼らは、「ホロン-スピンオン」と「スピンオン-orbiton」のペアを追跡するために管理しますが、一緒にいないすべての3つ。

新しい技術

電子を発見した物理学者は、彼らの発見は、実際に適用されるまでの前に数十年を待たなければなりませんでした。 単層中の炭素原子からなる素晴らしい素材 - 昨今の技術は数年に使用を見つけ、グラフェンを思い出すのに十分です。 電子の分割は参考になりますか？ 科学者たちは、の作成と予測し た量子コンピュータ、 今日の最も強力なコンピュータのそれよりも倍の数十大きい方の速さ、それらによると、。

量子コンピュータ技術の秘密は何ですか？ これは、単純な最適化を呼び出すことができます。 従来のコンピュータに、情報の最小不可分の一部 - ビット。 そして、我々は視覚的なもの、車だけで二つのオプションのために何かしてデータを検討している場合。 ビットは、バイナリコードの一部であり、0または1のいずれかを含んでいてもよいです。

新しい方法

今度は、ビットに含まれているとゼロと想像しましょう、とユニット - 「量子ビット」または「キューブ」。 単純な変数の役割は、電子のスピンを（それが時計回りまたは反時計回りに回転させることができます）再生されます。 単純なビットキューブが同時に複数の機能を実行することが可能であり、この増加により高速、低電子質量と電荷を発生しますとは異なり、ここでは重要ではありません。

これは、迷路の例で説明することができます。 それから抜け出すためには、ただ一つが正しいだろう、そこからさまざまなオプションの多くを試してみる必要があります。 従来のコンピュータであっても迅速に問題を解決し、まだ一度に一つだけの問題に取り組むことができました。 彼は、1つの管上のすべてのオプションを列挙し、最終的な方法を見つけ出します。 量子コンピュータは、双対kyubitaのおかげで、同時に多くの問題を解決することができます。 彼はライン上にないすべてのオプションを確認して、時間内の単一の瞬間に、また、問題を解決します。 難易度はこれまでのところだけである量子オブジェクト上の作業の多くを得ることです - これは、コンピュータの新世代のための基礎となります。

アプリケーション

ほとんどの人は、家庭レベルでコンピュータを使用しています。 この優れた仕事と、これまでと従来のPC、多分特定のイベント、数千、数百の変数の何千ものを予測するために、マシンは単に巨大でなければなりません。 量子コンピュータのように簡単に月の天気予報、災害の治療とその予測データのようなものにも対応し、また一瞬のために複数の変数を持つ複雑な数学的計算を実行し、いくつかの原子のプロセッサを搭載したすべて。 だから、私たちの最も強力なコンピュータは、紙のように薄いです非常にすぐに、可能です。

健康的な滞在

量子コンピュータ技術は、医学に大きな貢献をします。 人類は彼らの助けを借りて、大きな可能性をnanomachineryを作成することができます、それは単に内側から身体全体を見て、病気を診断するために、だけでなく、手術をせずに医療を提供するだけでなく、可能になります：コンピュータ以外の「頭脳」を持つ小さなロボットがすべての操作を実行することができます。

コンピュータゲームの分野では避けられない革命。 すぐに問題を解決することができます強力なマシンは、それは完全な浸漬でまだ遠くではなく、コンピュータの世界、信じられないほどリアルなグラフィックでゲームをプレイすることができます。