электроны, эмитированные атомом, молекулой или конденсированной средой под действием квантов электромагнитного излучения - Фотонов (см. Фотоэлектронная эмиссия), а также электроны в конденсированной среде, поглотившие фотоны и обладающие вследствие этого повышенной (относительно равновесной) энергией (см. Фотоэффект внутренний, Фотопроводимость).

элементарная частица с наименьшим отрицательным электрическим зарядом.

Первая часть сложных слов со знач. электронный (во 2 знач.).

ЭЛЕКТР'ОН, элктрона, ·муж. (·греч. elektron - янтарь).

1. Частица с наименьшим отрицательным электрическим зарядом, образующая в соединении с протоном атом (физ.). Движение электронов создает электрический ток.

2. только ед. Легкий магниевый сплав, употр. при постройке летательных аппаратов (тех.).

элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом, входящая в состав всех атомов, а следовательно, и любого обычного вещества. Это - самая легкая из электрически заряженных частиц. Электроны участвуют почти во всех электрических явлениях. В металле часть электронов не связана с атомами и может свободно перемещаться, благодаря чему металлы хорошо проводят электричество. В плазме, т.е. ионизованном газе, положительно заряженные атомы также перемещаются свободно, но, имея гораздо большую массу, движутся значительно медленнее электронов, а потому вносят меньший вклад в электрический ток. Благодаря малой массе электрон оказался частицей, наиболее вовлеченной в развитие квантовой механики, частной теории относительности и их объединение - релятивистскую квантовую теорию поля. Считается, что в настоящее время полностью известны уравнения, описывающие поведение электронов во всех реально осуществимых физических условиях. (Правда, решение этих уравнений для систем, содержащих большое число электронов, таких, как твердое тело и конденсированная среда, все еще сопряжено с трудностями.)

Все электроны тождественны и подчиняются статистике Ферми - Дирака. Это обстоятельство выражается в принципе Паули, согласно которому два электрона не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Одно из следствий принципа Паули заключается в том, что состояния наиболее слабо связанных электронов - валентных электронов, определяющих химические свойства атомов, - зависят от атомного номера (зарядового числа), который равен числу электронов в атоме. Атомный номер равен также заряду ядра, выраженному в единицах заряда протона е. Другое следствие состоит в том, что электронные "облака", окутывающие ядра атомов, сопротивляются их перекрытию, вследствие чего обычное вещество обладает свойством занимать определенное пространство. Как и полагается элементарной частице, число основных характеристик электрона невелико, а именно масса (me . 0,51 МэВ . 0,91?10-27 г), заряд (?e . ?1,6?10-19 Кл) и спин (1/2ћ ?1/2?0,66?10-33 Дж?с, где - постоянная Планка h, деленная на 2?). Через них выражаются все остальные характеристики электрона, например магнитный момент (?1,001?3 . 1,001?0,93?10-23 Дж/Тл), за исключением еще двух констант, характеризующих слабое взаимодействие электронов (см. ниже).

Первые указания на то, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится дискретными порциями, были получены в опытах по электролизу. Результатом явился один из законов Фарадея (1833): заряд каждого иона равен целому кратному заряда электрона, называемого ныне элементарным зарядом е. Наименование "электрон" вначале относилось к этому элементарному заряду. Электрон же в современном смысле слова был открыт Дж.Томсоном в 1897. Тогда было уже известно, что при электрическом разряде в разреженном газе возникают "катодные лучи", несущие отрицательный электрический заряд и идущие от катода (отрицательно заряженного электрода) к аноду (положительно заряженному электроду). Исследуя влияние электрического и магнитного полей на пучок катодных лучей, Томсон пришел к выводу: если предположить, что пучок состоит из частиц, заряд которых не превышает элементарного заряда ионов е, то масса таких частиц будет в тысячи раз меньше массы атома. (Действительно, масса электрона составляет примерно 1/1837 массы легчайшего атома, водорода.) Незадолго до этого Х.Лоренц и П.Зееман уже получили доказательства того, что электроны входят в состав атомов: исследования воздействия магнитного поля на атомные спектры (эффект Зеемана) показали, что у заряженных частиц в атоме, благодаря наличию которых свет взаимодействует с атомом, отношение заряда к массе такое же, как и установленное Томсоном для частиц катодных лучей.

Первая попытка описать поведение электрона в атоме связана с моделью атома Бора (1913). Представление о волновой природе электрона, выдвинутое Л.де Бройлем (1924) (и подтвержденное экспериментально К.Дэвиссоном и Л.Джермером в 1927), послужило основой волновой механики, разработанной Э.Шрёдингером в 1926. Одновременно на основании анализа атомных спектров С.Гаудсмитом и Дж.Уленбеком (1925) был сделан вывод о наличии у электрона спина. Строгое волновое уравнение для электрона было получено П.Дираком (1928). Уравнение Дирака согласуется с частной теорией относительности и адекватно описывает спин и магнитный момент электрона (без учета радиационных поправок).

Из уравнения Дирака вытекало существование еще одной частицы - положительного электрона, или позитрона, с такими же значениями массы и спина, как у электрона, но с противоположным знаком электрического заряда и магнитного момента. Формально уравнение Дирака допускает существование электрона с полной энергией либо . mс2 (mс2 - энергия покоя электрона), либо . - mс2; отсутствие радиационных переходов электронов в состояния с отрицательными энергиями можно было объяснить, предположив, что эти состояния уже заняты электронами, так что, согласно принципу Паули, для дополнительных электронов нет места. Если из этого дираковского "моря" электронов с отрицательными энергиями удалить один электрон, то возникшая электронная "дырка" будет вести себя как положительно заряженный электрон. Позитрон был обнаружен в космических лучах К.Андерсоном (1932).

По современной терминологии электрон и позитрон являются античастицами по отношению друг к другу. Согласно релятивистской квантовой механике, для частиц любого вида существуют соответствующие античастицы (античастица электрически нейтральной частицы может совпадать с ней). Отдельно взятый позитрон столь же стабилен, как и электрон, время жизни которого бесконечно, поскольку не существует более легких частиц с зарядом электрона. Однако в обычном веществе позитрон рано или поздно соединяется с электроном. (Вначале электрон и позитрон могут на короткое время образовать "атом", так называемый позитроний, сходный с атомом водорода, в котором роль протона выполняет позитрон.) Такой процесс соединения называется электрон-позитронной аннигиляцией; в нем полная энергия, импульс и момент импульса сохраняются, а электрон и позитрон превращаются в гамма-кванты, или фотоны, - обычно их два. (С точки зрения "моря" электронов данный процесс представляет собой радиационный переход электрона в так называемую дырку - незанятое состояние с отрицательной энергией.) Если скорости электрона и позитрона не очень велики, то энергия каждого из двух гамма-квантов приблизительно равна mс2. Это характеристическое излучение аннигиляции позволяет обнаруживать позитроны. Наблюдалось, например, такое излучение, исходящее из центра нашей Галактики. Обратный процесс превращения электромагнитной энергии в электрон и позитрон называется рождением электрон-позитронной пары. Обычно гамма-квант с высокой энергией "конвертируется" в такую пару, пролетая вблизи атомного ядра (электрическое поле ядра необходимо, поскольку при превращении отдельно взятого фотона в электрон-позитронную пару были бы нарушены законы сохранения энергии и импульса). Еще один пример - распад первого возбужденного состояния ядра 16О, изотопа кислорода.

Испусканием электронов сопровождается один из видов радиоактивности ядер. Это бета-распад - процесс, обусловленный слабым взаимодействием, при котором нейтрон в исходном ядре превращается в протон. Наименование распада происходит от названия "бета-лучи", исторически присвоенного одному из видов радиоактивных излучений, которое, как потом выяснилось, представляет собой быстрые электроны. Энергия электронов этого излучения не имеет фиксированного значения, поскольку (в соответствии с гипотезой, выдвинутой Э.Ферми) при бета-распаде вылетает еще одна частица - нейтрино, уносящая часть энергии, выделяющейся при ядерном превращении. Основной процесс таков:

Нейтрон . протон . электрон . антинейтрино.

Испускаемый электрон не содержится в нейтроне; появление электрона и антинейтрино представляет собой "рождение пары" из энергии и электрического заряда, освобождающихся при ядерном превращении. Существует также бета-распад с испусканием позитронов, при котором находящийся в ядре протон превращается в нейтрон. Подобные превращения могут также происходить в результате поглощения электрона; соответствующий процесс называется К-захватом. Электроны и позитроны испускаются при бета-распаде и других частиц, например мюонов.

Роль в науке и технике. Быстрые электроны широко применяются в современной науке и технике. Они используются для получения электромагнитного излучения, например рентгеновского, возникающего в результате взаимодействия быстрых электронов с веществом, и для генерации синхротронного излучения, возникающего при их движении в сильном магнитном поле. Ускоренные электроны применяют и непосредственно, например в электронном микроскопе, или при более высоких энергиях - для зондирования ядер. (В таких исследованиях была обнаружена кварковая структура ядерных частиц.) Электроны и позитроны сверхвысоких энергий используются в электрон-позитронных накопительных кольцах - установках, аналогичных ускорителям элементарных частиц. За счет их аннигиляции накопительные кольца позволяют с высокой эффективностью получать элементарные частицы с очень большой массой. См. также АНТИВЕЩЕСТВО; АТОМ; АТОМА СТРОЕНИЕ; ХИМИЯ; МОЛЕКУЛ СТРОЕНИЕ; ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП; АТОМНОГО ЯДРА СТРОЕНИЕ; УСКОРИТЕЛЬ ЧАСТИЦ; ФИЗИКА; ПЛАНКА ПОСТОЯННАЯ; КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА; РАДИОАКТИВНОСТЬ; ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА; СПЕКТРОСКОПИЯ.

первая элементарная частица, открытая в физике; материальный носитель наименьшей массы и наименьшего электрического заряда в природе. Э. - составная часть Атомов; их число в нейтральном атоме равно атомному номеру, т. е. числу протонов в ядре.

Современные значения заряда (e) и массы (me) Э. равны:

e = - 4,803242(14)․10^-10 ед. СГСЭ = - 1,6021892(46)․10^-19 Кулон,

m_e = 0,9109534(47)․10^-27 г = 0,5110034(14) Мэв/с²,

где с - скорость света в вакууме (в скобках после числовых значений величин указаны средние квадратичные ошибки в последних значащих цифрах). Спин Э. равен ¹/₂ (в единицах Планка постоянной (См. Планка постоянная) ), и, следовательно, Э. подчиняются Ферми - Дирака статистике (См. Ферми - Дирака статистика). Магнитный момент Э. - μ = 1,0011596567(35) μ₀, где μ₀ - Магнетон Бора. Э. - стабильная частица и относится к классу лептонов (См. Лептоны).

Установление существования Э. было подготовлено трудами многих выдающихся исследователей; в 1897 Э. был открыт Дж. Дж. Томсоном. Название "Э." [первоначально предложенное английским учёным Дж. Стони (1891) для заряда одновалентного иона] происходит от греческого слова élektron, что означает янтарь. Электрический заряд Э. условились считать отрицательным в соответствии с более ранним соглашением называть отрицательным заряд наэлектризованного янтаря (см. Электрический заряд). Античастица (См. Античастицы) Э. - позитрон (e⁺) открыта в 1932.

Э. участвует в электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействиях и проявляет многообразие свойств в зависимости от типа взаимодействий. В классической электродинамике Э. ведёт себя как частица, движение которой подчиняется Лоренца - Максвелла уравнениям. Понятие "размер Э." не удаётся сформулировать непротиворечиво, хотя величину r₀ = е²/т_ес²Электрон10^-13 см принято называть классическим радиусом Э. Причину этих затруднений удалось понять в рамках квантовой механики. Согласно гипотезе де Бройля (См. Бройль) (1924), Э. (как и все другие материальные микрообъекты) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами (см. Корпускулярно-волновой дуализм, Волны де Бройля). Де-бройлевская длина волны Э. равна , где υ - скорость движения Э. В соответствии с этим Э., подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волновые свойства Э. были экспериментально обнаружены в 1927 американскими физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером и независимо английским физиком Дж. П. Томсоном (см. Дифракция частиц).

Движение Э. подчиняется уравнениям квантовой механики: Шрёдингера уравнению (См. Шрёдингера уравнение) для нерелятивистских явлений и Дирака уравнению (См. Дирака уравнение) - для релятивистских. Опираясь на эти уравнения, можно показать, что все оптические, электрические, магнитные, химические и механические свойства веществ объясняются особенностями движения Э. в атомах. Наличие спина существенным образом влияет на характер движения Э. в атоме. В частности, только учёт спина Э. в рамках квантовой механики позволил объяснить периодическую систему элементов (См. Периодическая система элементов) Д. И. Менделеева, а также природу химической связи (См. Химическая связь) атомов в молекулах.

Э. - член единого обширного семейства элементарных частиц, и ему в полной мере присуще одно из основных свойств элементарных частиц - их взаимопревращаемость. Э. может рождаться в различных реакциях, самыми известными из которых являются распад отрицательно заряженного мюона (См. Мюоны) (μ^-) на электрон, электронное Антинейтрино () и мюонное Нейтрино (ν_μ):

,

а также Бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино:

.

Последняя реакция является источником β-лучей при радиоактивном распаде ядер. Оба процесса - частные случаи слабых взаимодействий (См. Слабые взаимодействия). Примером электромагнитных процессов, в происходят превращения Э., может служить аннигиляция электрона и позитрона на два γ-кванта

e^- + e⁺ → 2γ.

С 60-х гг. интенсивно изучаются процессы рождения сильно взаимодействующих частиц (адронов) при столкновении электронов с позитронами, например рождение пары пи-мезонов (См. Пи-мезоны):

e^- + е⁺ → π^- + π⁺.

В конце 1974 в аналогичной реакции открыта новая элементарная частица, т. н. J//ψ-частица (см. Резонансы, Элементарные частицы).

Релятивистская квантовая теория Э. (Квантовая электродинамика) - самая разработанная область квантовой теории поля, в которой достигнуто удивительное согласие с экспериментом. Так, вычисленное значение магнитного момента Э.

(где a ≈ 1/137,036 - Тонкой структуры постоянная) с огромной точностью совпадает с его экспериментальным значением. Однако теорию Э. нельзя считать законченной, поскольку ей присущи внутренние логические противоречия (см. Квантовая теория поля).

Лит.: Милликен P., Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М. - Л., 1939; Андерсон Д., Открытие электрона, пер. с англ., М., 1968; Томсон Г. П., Семидесятилетний электрон, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1968, т. 94, в. 2.

Л. И. Пономарев.

редко употребляемое название магниевых сплавов (См. Магниевые сплавы). Под таким названием в 20-х гг. 20 в. появились первые промышленные магниевые сплавы на основе систем Mg - Al - Zn и Mg - Mn, содержащие до 10\% Al, до 3\% Zn и до 2,5\% Mn.

наименование серии советских искусственных спутников Земли (ИСЗ) для исследования радиационного пояса Земли, космических лучей, химического состава околоземного космического пространства, коротковолнового излучения Солнца и радиоизлучения галактики, микрометеоритов и др. "Э.-1" и"Э.-3" имели массу 350 кг, диаметр 0,75 м, длину 1,3 м-, "Э.-2" и "Э.-4" - массу 445 кг, диаметр 1,8 м, длину 24 м. Измерения, проведённые с помощью ИСЗ "Э.", позволили изучить временные вариации характеристик околоземного космического пространства при различных уровнях солнечной активности. "Э." запускались попарно одной ракетой-носителем.

Полёты искусственных спутников Земли "Электрон"

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

| | | Начальные параметры орбиты |

| | |--------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| Наименование | Дата запуска | высота в | высота в | | Период |

| | | перигее, км | апогее, км | наклонение, ° | обращения, |

| | | | | | мин |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| "Электрон-1" | 30.1.64 | 406 | 7100 | 61 | 169 |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| "Электрон-2" | " | 460 | 68200 | 61 | 1360 |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| "Электрон-3" | 11.7.64 | 405 | 7040 | 60,87 | 168 |

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|

| "Электрон-4" | " | 459 | 66235 | 60,87 | 1314 |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------