電子
一種帶電荷的基本粒子 / 維基百科,自由的 encyclopedia
電子(英語:Electron)是一種帶有負電的次原子粒子,通常標記為 。電子是第一代輕子,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。輕子是構成物質的基本粒子之一,無法被分解為更小的粒子。電子帶有1/2自旋,是一種費米子,根據鮑利不相容原理,任何兩個電子都不能處於同樣的量子態。電子的反粒子是正子,其質量、自旋、帶電量大小都與電子相同,但是電量正負性與電子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,並在這過程中,生成一對以上的光子。
克魯克斯管實驗可以顯示出電子的粒子性質。如圖所示,從左往右直線移動的電子束,遇到一個十字形標靶,從而在真空管右面底端顯示出十字形陰影。 | |
組成 | 基本粒子 |
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系 | 費米子 |
代 | 第一代 |
基本相互作用 | 重力,電磁力,弱核力 |
符號 | e− |
反粒子 | 正電子 |
發現 | 約瑟夫·湯姆生(1897年) |
質量 | 9.109 383 56(11)×10-31 kg[1] 5.485 799 090 70(16)×10-4 amu[1] |
平均壽命 | 穩定 |
電荷 | −1 e[註 1] -1.602 176 6208(98)×10-19 C[1] |
磁矩 | −1.001 159 652 180 91(26) μB [1] |
自旋 | 1⁄2 |
CAS號 | 183748-02-9 Y |
由電子與中子、質子所組成的原子,是物質的基本單位。相對於中子和質子所組成的原子核,電子的質量顯得極小。質子的質量大約是電子質量的1836倍。當原子的電子數與質子數不等時,則該原子會帶電;稱該帶電原子為離子。帶正電的離子叫陽離子,其電子數小於質子數;帶負電的離子叫陰離子,其電子數大於質子數。若物體的電子數不等於質子數,導致正負電量不平衡時,則稱該物體帶靜電。當正負電量平衡時,稱物體的電性為電中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將瓷漆(英語:enamel paint)或聚氨酯漆,均勻地噴灑於物品表面。
電子與質子之間的庫侖力能促使電子被束縛於原子內部,因此為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。當電子不再被束縛於原子內部,而能夠自由移動於原子以外的空間時,則稱此電子為自由電子。多個自由電子共同移動所產生的淨流動現象稱為電流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了重要角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會產生電磁輻射現象。
根據大爆炸理論,宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的,例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。
在實驗室裏,像四極離子阱一類的精密尖端儀器,可以長時間束縛電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像國際熱核聚變實驗反應堆,利用磁場來約束住高熱等離子體中的電子和離子,藉以實現受控核聚變。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子等離子體。