電子は何から成っていますか？電子の質量と電荷

電子は基本粒子であり、その1つは、彼らは物質の構造単位であると言います。分類によって、フェルミオン（物理学者E.フェルミの名前を付けた半整数スピンの粒子）とレプトン（強い相互作用に関与しない1/2整数スピンの粒子、物理学の4つの基本のうちの1つ）である。電子のバリオン数は0に等しく、他のレプトンも等しい。

最近まで、電子 - すなわち、不可分であり、無粒子の構造であるが、科学者は今や異なる意見を持っている。現代物理学者は電子をどのように構成していますか？

タイトル史

古代ギリシャでさえ、自然主義者は、以前は髪をこすった琥珀色のものが小さな物体に引き寄せられ、電磁気特性を示す。その名前は "琥珀"を意味するギリシャ語のἤλεκτρονから電子によって受けられました。この言葉は1894年にJ. Stoneによって提案されましたが、粒子自体は1897年にJ. Thompsonによって発見されました。それが困難であることを検出しました、これは小さな質量であり、電子の電荷は決定的な発見の経験にありました。粒子の最初の画像は、現代の実験でも使用され、彼の名誉で名付けられた特別なカメラを使用してチャールズ・ウィルソンによって得られたものです。

興味深いのは、前提条件の1つである電子の発見は、Benjamin Franklinの言葉です。 1749年、彼は電気が物質であるという仮説を立てました。彼の作品では、正負の電荷、コンデンサ、放電、電池、電気の粒子などの用語が最初に使われました。電子の比電荷は負であると考えられ、陽子は陽性であると仮定される。

電子の発見

1846年、「原子力」の概念がドイツの物理学者ヴィルヘルム・ウェーバー（Wilhelm Weber）を彼の作品に使用する。マイケル・ファラデーは「イオン」という用語を発見しました。おそらく彼らは今でも学校のベンチから知っています。ドイツの物理学者や数学者Julius Plukker、Jean Perrin、英国の物理学者William Crookes、Ernst Rutherfordなどの著名な科学者たちは、電気の性質に関わってきました。

だから、ジョセフ・トンプソンが成功する前に彼は有名な経験をして、原子より小さな粒子の存在を証明しました。この分野で多くの科学者が働きましたが、この膨大な作業をしなければ不可能でした。

1906年、ジョセフ・トンプソンはノーベル賞受賞プレミアム。実験は以下の通りであった：電場を作り出した平行金属板を通して、陰極線のビームを通過させた。それから彼らは同じように行かなければなりませんでしたが、磁場を作り出したコイルのシステムを通っていました。 Thompsonは、電場の作用によって光線が偏向し、磁気効果の下では光線が観測されることを発見したが、粒子の速度に依存する特定の割合でこれらの場の両方によって作用されると、陰極線線は軌道を変化させなかった。

計算後、Thompsonはこれらのスピード粒子は光の速度よりも著しく低く、これはそれらが質量を有することを意味する。この点から、物理学者は、物質の開いた粒子が原子の一部であると信じ始めました。これは後でラザフォードの実験によって確認されました。彼はそれを「原子の惑星モデル」と呼んだ。

量子世界のパラドックス

電子を構成するものの問題は、少なくとも科学の発展のこの段階では、かなり複雑である。それを考える前に、量子物理学のパラドックスの1つに目を向ける必要があります。それは科学者自身でさえ説明できません。これは、電子の二重性を説明する有名な2スリットの実験です。

その本質は、 "銃"撮影の前にパーティクルの場合は、垂直の長方形の穴をフレームに設定します。彼女の背後にはヒットの痕跡が見られる壁があります。ですから、まず問題の仕組みを理解する必要があります。車がどのようにテニスボールを始めるかを想像する最も簡単な方法。いくつかのボールが穴の中に落ち、壁にぶつかった痕跡が1つの縦の細片に折り畳まれます。ある距離を置いて別の穴を追加すると、トラックはそれぞれ2つのストリップを形成します。

この状況の波動は異なって振る舞います。壁面に波との衝突の痕跡が表示されている場合、1つの穴の場合は1つの縞があります。ただし、2つのスロットの場合はすべてが変更されます。穴を通過する波は半分に分かれています。一方の波の頂部が他方の波の底部と出会うと、それらは互いに打ち消し合い、壁に干渉パターンが現れます（いくつかの縦縞）。波の交差点にはマークが残っており、相互ダンピングが発生する場所はありません。

素晴らしい発見

上記の実験を用いて、科学者量子物理と古典物理の違いを明確に世界に示すことができます。彼らが電子で壁に衝撃を与え始めたとき、通常の垂直な痕跡が現れました。テニスボールのような粒子がスロットに落ちてしまい、一部の粒子が飛び散っていませんでした。しかし、それは第2の穴が現れたときにすべて変わった。壁に干渉縞が現れました！最初に、物理学者は、電子が相互に干渉していると判断し、一度に1つずつ開始することに決めました。しかし、ほんの数時間後（電子の移動速度は依然として光の速度よりも遅い）、干渉パターンが再び現れ始めた。

予期しないターン

電子は、他のいくつかの粒子とともに、（量子波二元性という用語も使われている）。シュレディンガーの猫は、生きていても死んでいても、電子の状態は血球と波状の両方になります。

しかし、この実験の次のステップは、より多くの謎：すべてが知られているように見える基本的な粒子は、信じられないほどの驚きを示しました。物理学者は、粒子がどのようなスリットを通過し、どのように波として現れるかを修正するために、ホールに観測装置を設置することに決めました。しかし、観察機構が設置されるとすぐに、2つの穴に対応する2つのストリップが壁に現れ、干渉パターンはありませんでした！「シャドーイング」が取り除かれるとすぐに、誰も彼女を見ていないことを知っているかのように、パーティクルは再び波の特性を示し始めました。

別の理論

物理学者のボーン氏は、粒子が本当の意味での波に変わります。電子は確率波を「含んでいる」、それは干渉パターンを与えるものである。これらの粒子は、重ね合わせの性質を有している。すなわち、それらはある程度の確率でどこにでも存在することができ、したがって、そのような「波」がそれに付随することができる。

それにもかかわらず、結果は明らかです。観察者を持つという事実は実験の結果に影響を与える。それは信じられないようですが、この種の唯一の例ではありません。物理学者は、対象物が一番薄いアルミニウム箔であれば、物質のより大きな部分について実験を行った。科学者たちは、いくつかの測定の単なる事実が物体の温度に影響を与えたことに留意した。これらの現象の性質は、まだ説明できません。

構造

しかし電子は何から成っていますか？現在のところ、現代科学はこの質問に答えることができません。最近まで、それは不可分の基本粒子と考えられていましたが、今では科学者はそれがより小さな構造で構成されていると信じる傾向があります。

特定の電子電荷も初めと考えられたが、分数電荷を持つクォークは開いている。電子を構成するものにはいくつかの理論があります。

今日、科学者が電子を分裂させたと主張する記事を見ることができます。しかし、これは部分的にのみ当てはまります。

新しい実験

ソ連の科学者たちは80年代に戻る電子を3つの準粒子に分割することが可能であると仮定された。 1996年、それをスピンとホロンに分けることができました。そして、物理学者のVan den Brinkと彼のチームは、粒子をスピンとオービットに分けました。しかし、分割は特別な条件の下でしか達成できません。この実験は極低温の条件下で行うことができる。

電子が絶対ゼロに「冷却」するとき、それは摂氏約-275度です。彼らは事実のように何かに合体しているかのように、事実上停止して自分の間に形を作ります。このような条件下で、物理学者は、電子が「構成する」準粒子を観測することができます。

情報通信事業者

電子の半径は非常に小さく、2,81794^.10^-13しかし、それはそのコンポーネントが持っていることが分かりますはるかに小さいサイズ。電子を「分割する」ことが可能な3つの部分のそれぞれは、それに関する情報を運ぶ。 Orbitonは、その名前が示すように、粒子の軌道波に関するデータを含んでいます。スピンオンは電子のスピンを担っており、ホロンは電荷について私たちに教えてくれます。したがって、物理学者は、高度に冷却された物質中の電子の様々な状態を別々に観察することができる。彼らは、 "ホロン - スピノン"と "スピノン - オービトン"のペアをトレースすることができましたが、3つを一緒にトレースすることはできませんでした。

新技術

電子を発見した物理学者は待たなければならなかったその発見が実践されるまで数十年間今日、技術はほんの数年で使用されており、炭素原子を1つの層に含む驚くべき材料であるグラフェンを想起すれば十分です。電子の分割には何が役立つでしょうか？科学者たちは、量子コンピュータの作成を予測しています。そのスピードは、最も強力な最新のコンピュータのスピードよりも数十倍です。

量子コンピュータ技術の秘密は何ですか？これは簡単な最適化と呼ばれます。おなじみのコンピュータでは、最小限で分割できない情報が少しあります。データを視覚的なものと見なすと、マシンには2つのオプションしかありません。ビットには、ゼロまたは1のいずれか、つまりバイナリコードの一部を含めることができます。

新しい方法

さて、そのビットが含まれていると想像してみましょう0と1の両方が「量子ビット」または「キュビット」である。単純な変数の役割は、電子のスピンを再生します（時計回りまたは反時計回りに回転できます）。単純なビットとは異なり、キュビットは同時にいくつかの機能を実行することができます。そのため、作業の高速化、電子の小さな質量と電荷の問題はここでは問題になりません。

これは迷路の例で説明できます。そこから抜け出すには、いろいろなオプションを試してみる必要があります。そのうちの1つだけが正しいでしょう。従来のコンピュータでは、問題をすばやく解決することができますが、同時に単一の問題にしか対応できません。彼はすべての道を一つずつ通り抜け、ついに道を見つけるでしょう。量子コンピュータは、Qubitの二重性のために、同時に多くの問題を解決することができます。彼はすべての可能な選択肢を順番に変更するのではなく、ただちに修正し、問題を解決します。これまでの難しさは、1つのタスクで多くの量を処理することに過ぎません。これは、新世代のコンピュータの基礎になります。

アプリケーション

ほとんどの人は、家庭レベル。しかし、普通のPCはこれにうまくやっていますが、何千もの変数や何十万もの変数に応じてイベントを予測するには、マシンは単純に膨大なものでなければなりません。量子コンピュータは、天気予報、自然災害とその予測に関するデータの処理や、数秒で数多くの変数を使用した複雑な数学的計算や、数個の原子のプロセッサによるすべての処理を簡単に処理できます。だからおそらくすぐに私たちの最も強力なコンピュータは紙のように厚くなるでしょう。

健康の保全

量子コンピュータ技術は巨大になる医学への貢献。人類は強力な可能性を秘めたナノメカニクスを創り出すことができ、病気の診断だけでなく、内部から体全体を見るだけでなく、手術なしで医療を提供することも可能になります。優れたコンピュータの頭脳を持つ最小のロボットがすべての手術を行うことができます。

コンピュータゲームの分野における革命は不可避です。瞬時に問題を解決できる強力なマシンは、信じられないほどリアルなグラフィックスでゲームをプレイすることができ、完全に浸漬したコンピュータの世界は遠く離れていません。