מה מורכב אלקטרונים? המונית של האלקטרון

אלקטרון הוא חלקיק בסיסי, אחד מהם,כי הם יחידות של החומר המבני. על פי הסיווג הוא פרמיונים (חלקיק עם ספין חצי אינטגרלי, על שמו הפיזיקאי אנריקו פרמי) ולפטונים (חלקיקים בעלי ספין חצי שלם, לא משתתף באינטראקציה החזקה, אחד מהארבעה הגדולים בפיסיקה). מספר באריוני של האלקטרון הוא אפס, כמו גם לפטונים אחרים.

עד לאחרונה, היה האמין כי האלקטרון -יסודי, כלומר, מבנה חסר חלקיקים, אבל המדענים הם עכשיו של דעה אחרת. מה מורכב האלקטרון על ידי פיסיקאים מודרניים?

היסטוריה היסטוריה

אפילו ביוון העתיקה, טבעוני שם לב,זה ענבר, שפשף בעבר עם השיער, מושך לעצמו עצמים קטנים, כלומר, תכונות אלקטרומגנטיות תערוכות. שמו התקבל על ידי האלקטרון מיוונית ἤλεκτρον, שמשמעותו "ענבר". המונח הוצע על ידי ג 'סטון בשנת 1894, למרות החלקיק עצמו התגלה על ידי ג' יי תומפסון בשנת 1897. זיהוי זה היה קשה, הסיבה לכך היא מסת קטן, ואת האשמה של האלקטרון היה בניסיון למצוא את מכריע. התמונות הראשונות של החלקיקים הושגו על ידי צ'ארלס וילסון באמצעות מצלמה מיוחדת, אשר משמש גם בניסויים מודרניים בשם בכבודו.

מעניין לציין כי אחד התנאים המוקדמיםגילוי האלקטרון הוא אמירתו של בנג'מין פרנקלין. בשנת 1749, הוא פיתח השערה כי החשמל הוא חומר החומר. זה היה בעבודותיו כי מונחים כגון חיובי חיובי ושלילי, קבלים, פריקה, סוללה וחלקיק חשמל שימשו לראשונה. הטעינה הספציפית של האלקטרון נחשבת לשלילית, והפרוטון מניח שהוא חיובי.

גילוי האלקטרון

בשנת 1846 הפך את המושג "אטום החשמל"לנצל את עבודתם של הפיזיקאי הגרמני וילהלם ובר. מייקל פאראדיי גילה את המונח "יון", שהינה החברה, אולי, יודע כל עוד בבית הספר. שאלת האופי חשמל מעורבים חוקרים בולטים רבים כגון פיזיקאי ומתמטיקאי גרמני יוליוס Plucker, ז'אן פרין, הפיזיקאי האנגלי ויליאם קרוקס, ארנסט רתרפורד ואחרים.

לכן, לפני יוסף תומפסון בהצלחהסיים את החוויה המפורסמת שלו והוכיח את קיומו של חלקיק קטן יותר מאשר אטום, מדענים רבים עבדו בתחום זה, וזה יהיה בלתי אפשרי לפתוח אותו, לא לעשות את העבודה הזו ענקית.

בשנת 1906, יוסף תומפסון קיבל את פרס נובלפרמיה. הניסוי היה כדלקמן: באמצעות לוחות מתכת מקבילים שיצרו את השדה החשמלי, עברו קרני קרן קתודית. אז הם היו צריכים לעשות את אותו הדבר, אבל כבר באמצעות מערכת של סלילים שיצרו שדה מגנטי. תומפסון גילתה שכאשר השדה החשמלי פועל, הקרניים נוטות, ואותו הדבר נצפה בפעולה מגנטית, אך קרני קרן הקתודה לא שינו את המסלול אם שני שדות אלה פעלו ביחסים מסוימים, אשר תלויים במהירותם של החלקיקים.

לאחר חישובים, למד תומפסון כי המהירות של אלהחלקיקים הם הרבה יותר נמוך ממהירות האור, וזה אומר שיש להם מסה. מאותו רגע החלו פיסיקאים להאמין שהחלקיקים הפתוחים של החומר הם חלק מהאטום, שאושר לאחר מכן על ידי ניסויים של רתרפורד. הוא כינה אותו "המודל הפלנטרי של האטום".

פרדוקסים של העולם הקוונטי

השאלה מה מורכב האלקטרון,היא מורכבת למדי, לפחות בשלב זה של התפתחות המדע. לפני שקוללים אותו, יש לפנות לאחד הפרדוקסים של הפיזיקה הקוונטית, שגם המדענים עצמם אינם יכולים להסביר. זהו ניסוי מפורסם עם שני חריצים, המסביר את הטבע הכפול של האלקטרון.

המהות שלה היא כי לפני הירי "אקדח"חלקיקים, מסגרת עם חור מלבני אנכי מותקן. מאחוריה יש קיר שעליו יראו עקבות מהיטים. אז, קודם כל אנחנו צריכים להבין איך מתנהג משנה. הדרך הקלה ביותר לדמיין איך את כדורי הטניס הם השיקה על ידי המכונה. חלק מהכדורים נופלים לתוך החור, ועקבות הלהיטים על הקיר מתווספים לרצועה אנכית אחת. אם במרחק מסוים כדי להוסיף עוד אחד של אותו חור, מסלולים יהוו, בהתאמה, שתי להקות.

גלים במצב זה מתנהגים אחרת. אם יש סימנים להתנגשות עם גל על ​​הקיר, אז במקרה של חור אחד, רצועת יהיה גם אחד. עם זאת, הכל משתנה במקרה של שני חריצים. הגל, שעבר דרך החורים, מחולק לשניים. אם החלק העליון של אחד הגלים פוגש את החלק התחתון של השני, הם לכבות אחד את השני, דפוס הפרעה מופיע על הקיר (כמה להקות אנכי). המקומות בצומת הגלים יותירו עקבות, ואין מקומות שבהם היה כיבוי הדדי.

תגלית מדהימה

בעזרת הניסוי שתואר לעיל, מדעניםיכול להדגים בעולם את ההבדל בין הקוונטים לבין הפיזיקה הקלאסית. כשהחלו להפציץ את הקיר באלקטרונים, הוא הראה עקבות אנכיים רגילים: חלקיקים, ממש כמו כדורי טניס, נפלו לתוך הפער, וחלקם לא. אבל הכל השתנה כאשר הופיע החור השני. על הקיר התנוסס דפוס התנגשות! בתחילה החליטו הפיסיקאים שהאלקטרונים מפריעים זה לזה, והחליטו לשחרר אותם אחד אחד. עם זאת, לאחר כמה שעות (המהירות של אלקטרונים נעים עדיין נמוך בהרבה ממהירות האור), דפוס התערבות החל להופיע שוב.

פנייה לא צפויה

אלקטרון, יחד עם חלקיקים אחרים,כגון פוטונים, מתבטאת בדואליזם גל גוני (המונח "דואליזם גל קוונטי" משמש גם). בדומה לחתול שרדינגר, החי והמת, מצב האלקטרון יכול להיות גם גלילי וגם גל.

עם זאת, השלב הבא בניסוי זהאפילו יותר פאזלים: חלקיק בסיסי, שכולם ידעו, נתן הפתעה מדהימה. פיסיקאים החליטו להתקין בצמתים מכשיר תצפית כדי לתקן, באמצעות איזה חריץ החלקיקים עוברים, וכיצד הם מתגלים כגל. אבל ברגע מנגנון התצפית הונח, רק שתי להקות הופיעו על הקיר, המקביל לשני חורים, ולא דפוס התערבות! ברגע שה"הצללה" הוסרה, החל החלקיק שוב להציג תכונות גל, כאילו ידעה שאיש אינו עוקב אחריה.

תיאוריה אחרת

הפיזיקאי בורן הציע שהחלקיק אינוהופך לגל במובן האמיתי ביותר של המילה. האלקטרון "מכיל" גל הסתברות בפני עצמו, הוא נותן דפוס התערבות. חלקיקים אלה הם רכוש של סופרפוזיציה, כלומר, הם יכולים להיות בכל מקום עם הסתברות מסוימת, ולכן הם יכולים להיות מלווה "גל" דומה.

עם זאת, התוצאה ברורה: עצם נוכחותו של משקיף משפיעה על תוצאות הניסוי. זה נראה מדהים, אבל זה לא הדוגמה היחידה מסוג זה. הפיזיקאים ניהלו גם ניסויים על חלקים גדולים יותר של החומר, כאשר האובייקט היה חלק דק של רדיד אלומיניום. המדענים ציינו כי העובדה כי מדידות מסוימות השפיעו על הטמפרטורה של האובייקט לבד. טבען של תופעות כאלה, הן עדיין לא יכולות להסביר.

מבנה

אבל מה מורכב האלקטרון? כרגע, המדע המודרני אינו יכול לתת תשובה לשאלה זו. עד לאחרונה, זה נחשב חלקיק בסיסי בלתי ניתן לחלוקה, עכשיו המדענים נוטים העובדה שהוא מורכב מבנים קטנים עוד יותר.

המטען הספציפי של האלקטרון נחשב גם הוא אלמנטרי, אך קווארקים בעלי מטען חלקי פתוחים כעת. ישנן מספר תיאוריות לגבי מה האלקטרון מורכב.

היום אתה יכול לראות את המאמרים בהם נאמר כי מדענים הצליחו להפריד את האלקטרון. עם זאת, זה נכון רק בחלקו.

ניסויים חדשים

מדענים סובייטים בשנות השמוניםבמאה האחרונה, היה זה האלקטרון יכול להיות מחולק לשלושה quaspartartles. ב -1996 ניתן היה לחלק אותו לספין ולהולון, ולאחרונה הפיסיקאי ואן דן ברינק והצוות שלו היה מחולק לחלקיק של ספינון ואורביטון. עם זאת, פיצול ניתן להשיג רק בתנאים מיוחדים. הניסוי יכול להתבצע בטמפרטורות נמוכות מאוד.

כאשר האלקטרונים "להתקרר" לאפס מוחלט, וזה בערך -275 מעלות צלסיוס, הם כמעט לעצור ולעשות סוג של עניין בינם לבין עצמם, כמו מיזוג לתוך חלקיק אחד. בתנאים כאלה, הפיזיקאים מצליחים לשמור על חלקיקים, שהאלקטרון "מורכב מהם".

ספקי מידע

הרדיוס של האלקטרון הוא קטן מאוד, זה 2.81794^.10^-13ס"מ, אבל מתברר כי מרכיביוגודל קטן בהרבה. כל אחד משלושת החלקים, אשר היו מסוגלים "לחלק" את האלקטרון, נושאת מידע על זה. אורביטון, כפי שהשם מרמז, מכיל נתונים על גל מסלולו של חלקיק. ספינון אחראי על הספין של האלקטרון, והולון מספר לנו על המטען. לפיכך, פיזיקאים יכולים להתבונן בנפרד במצבים שונים של אלקטרונים בחומר צונן מאוד. הם הצליחו לאתר זוגות של "הולון ספינון" ו "ספינון אורביטון", אבל לא את כל השלושה ביחד.

טכנולוגיות חדשות

פיסיקאים שגילו את האלקטרון נאלצו להמתיןכמה עשרות שנים עד לגילוי שלהם הלכה למעשה. בימינו, הטכנולוגיה משמשת כמה שנים, רק לזכור גרפן - חומר מדהים, המורכב אטומי פחמן בשכבה אחת. מה יהיה שימושי עבור פיצול של אלקטרון? מדענים צופים את יצירתו של מחשב קוונטי, אשר מהירותו, לדעתם, גדולה פי כמה עשרות מזו של המחשבים המודרניים החזקים ביותר.

מהו סוד טכנולוגיית המחשב הקוונטי? זה יכול להיקרא אופטימיזציה פשוטה. במחשב המוכר, החלק המינימלי, הבלתי ניתן לחלוקה, של המידע הוא קצת. ואם אנחנו חושבים על הנתונים כעל משהו חזותי, אז יש רק שתי אפשרויות עבור המכונה. קצת יכול להכיל אפס או אחד, כלומר, חלקים של קוד בינארי.

שיטה חדשה

עכשיו בואו נדמיין שהקטע מכילואת אפס, ואת היחידה היא "קצת קוונטית", או "cuebit". תפקידם של משתנים פשוטים יופעל על ידי ספין אלקטרונים (הוא יכול לסובב או בכיוון השעון או נגד כיוון השעון). שלא כמו פשוט, cuebit יכול לבצע מספר פונקציות בו זמנית, בשל כך, ויהיה גידול במהירות הפעולה, המסה קטנה תשלום של האלקטרון הם לא חשובים כאן.

אתה יכול להסביר את זה עם דוגמה של מבוך. כדי לצאת מזה, אתה צריך לנסות הרבה אפשרויות שונות, אשר רק אחד יהיה נכון. מחשב מסורתי יכול לפתור בעיות במהירות, אבל בכל פעם שהוא יכול לעבוד רק על בעיה אחת. הוא ילך בזה אחר זה כל גרסאות השבילים, ובסופו של דבר הוא יגלה. מחשב קוונטי, בגלל הדואליות של אמה, יכול לפתור בעיות רבות בו זמנית. הוא ישנה את כל האפשרויות האפשריות לא בתורו, אלא בנקודת זמן אחת, והוא יפתור את הבעיה. הקושי עד כה הוא רק לעשות הרבה עבודה quanta על משימה אחת - זה יהיה הבסיס של מחשב הדור החדש.

יישום

רוב האנשים משתמשים במחשב עבורבית. עם זאת, בעוד מחשבים רגילים הם גם בסדר, אבל כדי לחזות אירועים התלויים באלפים, ואולי מאות אלפי משתנים, המכונה צריכה להיות פשוט ענק. מחשב קוונטי יכול בקלות להתמודד עם דברים כגון חיזוי מזג האוויר במשך חודש, עיבוד נתונים על אסונות טבע לנבא אותם, כמו גם ביצוע חישובים מתמטיים מורכבים עם משתנים רבים בשבריר שנייה, כל עם מעבד של מספר אטומים. אז אולי, בקרוב מאוד המחשבים החזקים ביותר שלנו יהיה עבה עם גיליון נייר.

שימור הבריאות

טכנולוגיות מחשב קוונטי יביא ענקתרומת הרפואה. האנושות תוכל ליצור nanomachinery עם פוטנציאל חזק, עם עזרה, ניתן תהיה לא רק כדי לאבחן מחלה על ידי פשוט על כל הגוף מבפנים, אלא גם כדי לספק טיפול רפואי ללא ניתוח: רובוטים זעירים עם "מוח" למעט מחשב יכול לבצע את כל הפעולות.

המהפכה בתחום משחקי המחשב היא בלתי נמנעת. מכונות רבת עוצמה, המסוגלות לפתור בעיות באופן מיידי, יוכלו לשחק במשחקים עם גרפיקה מציאותית להפליא, לא רחוק כבר עולמות מחשב עם טבילה מלאה.