Маса електрона - малий золотник та дорогий

Якщо навскидку попросити 100 чоловік назвати хочаб три відомі елементарні частинки, то, можливо, не всі назвуть все три, але ніхто не забуде назвати чемпіона за популярністю - електрон. Маленький, найлегший серед несучих заряд частинок, всюдисущий і ..., на жаль, «негативний», він входить до складу будь-якої речовини на Землі і вже цим заслуговує особливе до себе ставлення. Назва частки виникло ще в стародавній Греції від грецького слова «бурштин» - матеріал, який любили стародавні за його здатність притягувати дрібні предмети. Потім, коли дослідження електрики отримали більший розмах, термін «електрон» став означати неподільну, а значить, і найменшу одиницю заряду.

Вічне життя електрону, як невід'ємної частинкиречовини, подарувала група фізиків, керована Дж. Дж.Томсон. У 1897 р вони, досліджуючи катодні промені, визначили, як ставиться маса електрона до його заряду, і встановили, що це відношення не залежить від матеріалу катода. Наступний крок в пізнанні природи електрона зробив Беккерель в 1900 р його експерименті було доведено, що бета-промені радію також відхиляються в електричному полі, і у них відношення маси до заряду однакова з катодними променями. Це стало незаперечним доказом того, що електрон - це «самостійний шматочок» атома будь-якої речовини. А потім, в 1909 р, Роберт Міллікен в досвіді з крапельками масла, які падали в електричному полі, зумів виміряти електричну силу, що врівноважує силу тяжіння. Тоді ж стала відомою величина елементарного, тобто найменшого, заряду:

eo = - 1,602176487 (49) * 10-19 Кл.

Цього стало досить, щоб була обчислена маса електрона:

me = 9,10938215 (15) * 10-31кг.

Здавалося б, ось тепер порядок, все позаду, але це був тільки початок довгого шляху пізнання природи електрона.

Довгий час тупиком фізики була ще недоведена, але все більш заявляє про себе Дволика сутність електрона: його квантово-механічні властивості вказували на частку, а в експериментах з інтерференції електронних пучків на паралельних щілинах виявлялася хвильова природа. Момент істини настав в 1924 р, коли спочатку Луї де Бройль наділив все матеріальне, і електрон теж, хвилями, названими його ім'ям, а через 3 роки Паулі завершив формування вихідних понять квантової механіки, що описують квантову природу часток. Потім настала черга Ервіна Шредінгера і Поля Дірака - доповнюючи один одного, вони знайшли рівняння для опису сутності електрона, в яких маса електрона і постійна Планка, квантові величини, знайшли своє відображення через хвильові характеристики - частоту і довжину хвилі.

Безумовно, таке лукавство елементарної частинкимало далекосяжні наслідки. Згодом стало зрозуміло, що характеристики вільного електрона поза речовини (як приклад - катодні промені) - це зовсім не те ж саме, що у електрона у вигляді електричного струму в кристалі. Для вільного електрона його маса відома як «маса спокою електрона». Фізична природа відмінності мас електрона в різних умовах випливає з того факту, що його енергія залежить від насичення магнітним полем простору, в якому він рухається. Глибші «розборки» показують, що величина магнітного поля рухомих в провіднику електронів, точніше, протікання струму в речовині, залежить не від величини заряду носіїв струму, а від їх маси. Але, з іншого боку, питома енергія магнітного поля дорівнює щільності кінетичної енергії рухомих зарядів, а зростання цієї енергії фактично еквівалентний збільшеною масі носіїв заряду, яку назвали «ефективна маса електрона». Аналітично було визначено, що вона більша за масу вільного електрона в a / 2λ раз, де a - відстань між площинами, що обмежують провідник, λ - глибина скін-шару магнітного поля.

У фізиці елементарних частинок маса електронає однією з опорних констант. Біографія електрона не закінчилася - завжди актуальні і затребувані дослідження, де він виступає неодмінним учасником. Вже давно стало ясно, що хоч і маленький, елементарний, а Всесвіту без нього - ні кроку.