electron

1. 1
Что есмь электрон?
Электрон есмь Альфа и Омега, начало и конец?
“В понятие особый в зависимости от ситуации
вкладывают разный смысл, но, как бы то ни
было, ЭЛЕКТРОН, −−−− в высшей степени, особая
частица. Он стоит особняком, в то время как,
например, в семействе адронов частиц много и
все они имеют довольно большую массу. Может
быть, в действительности странным и необыч-
ным является именно электромагнитное поле?
Оно обладает многими особыми свойствами.
Конечно, если бы в мире не существовало
ничего, кроме электронов и фотонов, то и
говорить было бы не о чем”. Х. Юкава

2. 2
Буртаев Юрий Васильевич
Феноменологическая модель электрона
• Исторические аспекты изучения физических свойств
электрона при его взаимодействиях в различных процессах.
• Измерение значений физических параметров электрона
(энергия, длина волны, спин, заряд, магним и др.) и их
интерпретация на основе различных концепций.
• Основные компоненты феноменологической концепции, на
которой основано описание электрона, как фундаментально-
го, пространственно-локализованного, динамического,
вращательно-волнового процесса субстанции, формируемого
субстанцией в точном соответствии с её константами.
• Динамические конституенты структуры и пространственная
конфигурация вращательно-волнового процесса электрона, а
также совокупность взаимосвязанных параметров,
описывающих свойства электрона и его взаимодействия.
• Параметры электрона в естественной (ядерной) системе
единиц физических величин

3. 3

4. 4
Описания, представления, модели
основаны на таких компонентах, как:
• Пространственно-временные структуры из
идентичных конституентов
• Параметры, характеризующие динамические
процессы субстанции
• Механизмы динамического взаимодействия
конституентов «внутри» структур
• Выявление и формулировка причинно-
следственных закономерностей
• Обоснованная систематизация и классификация на
основе объективных таксонов
• Формулировка и обоснование предсказаний
результатов экспериментов

5. 5
Форма представляемых описаний и
моделей, их формулировка
выполняется и производится:
• С применением терминов, категорий и регулятивов
феноменологии, а также критериев истинности
• С использованием общепринятого, адекватного
математического аппарата (уравнений)
• С использованием лингвистических тропов и
метафорических образов (эллинизмов, латинизмов)
• С применением специальных, условных и
символьных обозначений, аббревиатуры
• С применением иллюстраций (рисунков, графиков)
• С использованием общепринятых физических
величин и фундаментальных констант субстанции

6. 6
ЕДИНСТВО ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА
Методологические категории для моделей
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ СТРУКТУР СУБСТАНЦИИ
КОНСТИТУЕНТЫ
• СУБСТАНЦИАЛЬНОСТЬ
• УНИКАЛЬНОСТЬ
• ТОЖДЕСТВЕННОСТЬ
Однородность, изотропия
• МЕТРИКИ (ħ, c, ρ. α, εβ0)
• СВОЙСТВА (вращат.-волновые)
• ПАРАМЕТРЫ (e =(h /RK)1/2,m = ε0/c2)
Образование, формирование, конструирование СТРУКТУРЫ
КОМБИНАТОРИКА
• ИЕРАРХИЯ
• КЛАСТЕРИЗАЦИЯ:
FGH-нуклиды
kq-адроны
СИММЕТРИЯ
• z-осевая, экваториальная
• xy-киральная
конфигурация (в простр.)
синхронизация (во врем.)

7. 7

8. 8
Пьер де Геен. Введение в изучение физики. Теория
электронов и теория субстанции. Печ. Труд, 1913

9. 9
Пространственная (киральная)
симметрия трёхмерной,
однородной, изотропной
субстанции и её
фундаментальных структур

10. 10
Андерсон Д. Открытие электрона (развитие
атомных концепций электричества). М., 1968.
Бронштейн М.П. Атомы и электроны. М.: Физмат, 1980.
Буравихин В.А., Егоров В.А. Биография электрона. М.: Знание, 1985.
Веселов М.Г., Лабзовский Л.Н. Теория атома:
строение электронных оболочек. М., 1986.
Волькенштейн Ф.Ф. Электроны и кристаллы. М.: Физмат, 1983.
Вяльцев А.Н. Открытие элементарных частиц.
Электрон. Фотоны. М.: Наука, 1981.
Дмитриев И.С. Электрон глазами химика. М.: Химия, 1986
Каганов М.И. Электроны, фононы, магноны. М.: Физмат, 1979.
Китайгородский А.И. Электроны. М.: Физмат, 1982.
Логунов А.А., Петров В.А. Как устроен электрон? М.: Педагогика, 1988.
Рыдник В.И. Электроны шагают в ногу, или история сверхпроводимости.
М.: Знание,1986.
Сдвиг уровней атомных электронов и дополнительный магнитный момент
электрона согласно квантовой электродинамике.
Сборник статей. М.: ИЛ, 1950.

11. 11
Ноб. пр. 1906 Дж.Дж. Томсон (студенту):
Что такое электрон?
Студент: Простите,
профессор. Вчера я это
знал, а сегодня забыл…
Дж.Дж. Томсон: Как Вы
посмели забыть! Да Вы
понимаете, что…
(Долгая пауза) Вы были
единственным, кто это
знал!
На экзамене
(Студенческий фольклор)
Томсон Дж. Электрон в химии. М. – Л., 1927

12. 12
Согласно современным представлениям физики элементар-
ных частиц, электрон неделим и бесструктурен (как
минимум до расстояний 10−17 см) Внутренняя чётность электрона
равна 1. Электрон участвует в слабом, электромагнитном и
гравитационном взаимодействиях. Он принадлежит к группе
лептонов и является (вместе со своей античастицей,
позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. До открытия
массы нейтрино электрон считался наиболее лёгкой из массивных
частиц — его масса примерно в 1836 раз меньше массы протона.
Спин электрона равен 1⁄2, и, таким образом, электрон относится к
фермионам. Как и любая заряженная частица со спином, электрон
обладает магнитным моментом, причем магнитный момент
делится на нормальную часть и аномальный магнитный момент.
Иногда к электронам относят как собственно электроны, так и
позитроны. Находясь в периодическом потенциале кристалла,
электрон рассматривается как квазичастица, эффективная масса
которой может значительно отличаться от массы электрона.
Свободный электрон не может поглотить фотон, хотя и может
рассеять его (см. эффект Комптона).

13. 13
Катодная трубка Дж.Дж. Томсона
Пучок в отсутствии
тока в катушках
Пучок в отсутствии
напряжения на
конденсаторе Пучок rH = rE

14. 14
Скорость движения заряженной частицы вычисляется, как отношение
напряжённости электрического поля E к индукции магнитного поля B.
Однако известно, что сила Лоренца сообщает заряженной частице
центростремительное ускорение v2/r; тогда
и можно найти значение удельного заряда частицы, т.е. отношение заряда
к массе частицы:
Удельный заряд исследуемой частицы зависит от индукции магнитного
поля и от напряжённости электрического поля (т.е. от разности
потенциалов между пластинами). Удельный заряд частицы не зависит ни
от каких иных физических параметров. Катодные лучи не являются
ионами остаточного газа, вылетающими с катода, как полагал Крукс, но
всё же это частицы. И если их удельный заряд – константа, то речь идёт
об одинаковых частицах. Выразив массу этих частиц в граммах, а заряд в
СГСМ, как это было принято в те времена, Томсон получил удельный
заряд частиц равным 1,7 • 107 ед. СГСМ/г.
e / m = (v/r)/B [(рад/с)/Тл]
mv2/r = evB

15. 15
Роберт Эндрюс Милликен (Ноб. пр. 1923)
Элементарный электрический
заряд является одной из
фундаментальных физических
констант, и знание его точного
значения очень важно. В своих
экспериментах Милликен
измерял силу, действующую на
мельчайшие заряженные
капельки масла, подвешенные
между электродами при помощи
электрического поля.
При известном значении
электрического поля можно
определить заряд капли.
e = (h / RK)1/2
Милликен Р. Электроны, протоны, фотоны, нейтроны и космические
лучи. ГОНТИ СССР. 1939

16. 16
Ноб. пр. 1926
Джеймс Франк Густав Людвиг Герц

17. 17
Видны острые
периодические пики,
соответствующие
ионизации атомов Hg
при энергии 4.9 эВ.
“Эксперимент
Франка-Герца
1913 г.
Зависимость тока
от напряжения

18. 18
Ноб. пр.1930
Согласно гипотезе де Бройля
(1924), электрон (как и все
другие материальные
микрообъекты) обладает не
только корпускулярными, но и
волновыми свойствами.
Электроны, подобно свету, могут
испытывать интерференцию и
дифракцию. Волновые
свойства электронов
были экспериментально
обнаружены в 1927
американскими физиками К.
Дэвиссоном и Л. Джермером
(Опыт Дэвиссона — Джермера)
и независимо английским
физиком Дж. П. Томсоном.

19. 19
λB = λC v/c

20. 20v/c = sinδ ≈ tgδ ≈ δ = λC / λB

21. 21
Ральф Крониг
Гипотеза о спине электрона

22. 22
“Тогда о спине электрона понятия не было.
Некоторые физики думали об этом. В частности, Крониг
думал об этом и сообщил о своей идее Паули. Паули
сказал: “О, нет, спин электрона абсолютно
невозможен”. Паули часто вначале неверно оценивал
новую идею. И вот бедный Крониг был полностью
подавлен авторитетным мнением Паули.
Независимо идея о спине электрона пришла к
Гаудсмиту и Уленбеку, работавшим тогда в Лейдене.
Эренфесту идея очень понравилась. Он воспринял ее
очень горячо, посовето-вал Гаудсмиту и Уленбеку
поехать к Лоренцу, чтобы обсудить ее с ним. Они
поговорили с Лоренцем, и Лоренц сказал: “Нет, это
невозможно. Я сам работал над идеей о том, что у
электро-на есть спин, и я обнаружил, что при этом
поверхность элек-трона должна бы двигаться со
скоростью, больше скорости света, а потому и вся идея
абсолютно невозможна”. Гаудсмит и Уленбек были
абсолютно обескуражены критикой Лоренца. Они

23. 23
"В квантовой механике электрон имеет спин, и,
тем не менее, его считают точечной частицей.
Думаю, что 99 человек из 100 не ощутят здесь
противоречия. Элегантный вывод уравнения
Дирака не оставляет места для сомнений. Едва
ли один человек из сотни задумается, нет ли
связи между результатом Дирака и классической
задачей о вращении тела. Конечно, такой связи
может и не быть −−−− ведь квантовая частица
коренным образом отличается от классической.
Я хотел лишь подчеркнуть сложность понятия
материальной точки и то обстоятельство, что с
ним могут быть связаны очень каверзные
вопросы. Заниматься такого рода проблемами,
особенно при полном отсутствии экспериментов,
−−−− дело ужасно неблагодарное". Х. Юкава

24. 24
Ноб. пр. 1927
εεεεβ0 = hννννβ = ħωωωωβ =
= hс / λλλλC = ħс /đC=
= h /Tβ
λλλλC = hс /εεεεβ0
đC= ħс /εεεεβ0 =λλλλC/2π
λλλλC = cTβ
Экспериментальное
измерение длины
волны электрона

25. 25
Ноб. пр.1936
Карл Дейвид Андерсон
Открытие
позитрона при
изучении
траектории
частиц
космического
излучения

26. 26
Ноб. пр.1937
Клинтон Джозеф
Дэвиссон
Джордж Паджет
Томсон

27. 27
Ноб. пр. 1955
За точное
определение
магнитного
момента
электрона
Поликарп Куш

28. 28
Ноб. пр.1973
Экспериментальное
измерение «кванта
магнитного потока»
Ф0 = (hRK)1/2 / 2

29. 29
Ноб. пр. 1985
Экспериментальное
измерение «кванта
электрического тока»
Iβ = e/Tβ
и волнового
сопротивления
электрона
RK = (ρα)1/2

30. 30
Субстанциальные параметры электрона
(фундаментальные константы фипроста)

31. 31
Дефиниция физических величин

32. 32
Дефиниция энергии

33. 33
“Однако, говоря об энергии поля, я хочу, чтобы меня
понимали буквально. Вся энергия есть то же, что и
механическая энергия, независимо от того, существует ли
она в форме движения, или в форме упругости, или в
другой форме. Энергия электромагнитных явлений есть
механическая энергия”.
Дж.К. Максвелл. Статьи и речи. М.: Наука, 1968.

34. 34
Энергия покоя электрона

35. 35
Кинематические параметры электрона
Электромагнитные параметры электрона

36. 36

37. 37

38. 38

39. 39
Моменты электрона

40. 40
Момент импульса (спин) электрона
Проекция псевдовектора момента импульса бура на ось z
Величина Рm определяется из тривиального соотношения

41. 41
Магнитный момент электрона
Элементарный магнитный момент такого контура с током
dµµµµ = di * S(x), где:
• di = j(x) dx −−−− элемент электурбо
(элементарный круговой ток),
•••• S(x) = πx2 −−−− площадь, ограниченная контуром тока,
•••• j(x) = Im sin(kx) −−−− линейная плотность
распределения тока вдоль оси x,
перпендикулярной z, при этом k = π / đC.
Интегральный магнитный момент µµµµB собственно
турбо (без учета внешнего поля) −−−−
µB = 0∫đC dµ = 0∫đC πx2 Im sin(kx) dx.

42. 42
Магним электрона
Амплитуду Im линейной плотности распределения тока вдоль
x в соотношении для µ определим из соотношения

43. 43
Параметры колебательной структуры
Интегральная индуктивность электрона
Lβ = εεεεβ0 / iβ
2 = Ψβ / iβ = nβννννФ0 / (e / Tβ) =
= nβνννν[(h/RК)1/2 /2] Tβ / (h/ RК)1/2 = nβννννRКTβ / 2.
Lβ = nβννννRКTβ / 2 = (μоc / 2α)*(λC /c ) =
= μо 2πđC / 2α = nβνννν(μо / 2α) πđC
2 / đC
Интегральная ёмкость электрона
Cβ = e / Uβ = e2 / εεεεβ0 = (h/RК) / (h/Tβ) =
(1/RК)Tβ = (2α / μоc)*(λC /c ) = 2αεо*2πđC

44. 44

45. 45
Аннигиляция электрона и позитрона

46. 46
Фотон

47. 47
Реакции с электронами
Распады фундаменталов
n → p ββββ– ν, p → n ββββ+ ν
π± → ββββ± νν, π0 ββββ±; π0 → ββββ– ββββ+
μ± → ββββ± Σν
ω → ββββ– ββββ+, ϕϕϕϕ → ββββ– ββββ+
τ±(494) → ββββ± π0 ν,
τ±(1777) → ββββ± ν 2ν
J/ψψψψ → ββββ– ββββ+
16O*(0+, 6.05) → 16O(0, 0) ββββ– ββββ+

48. 48
Условная схема формирования
иерархических структур в β++++β−−−−-аnn

49. 49

50. 50
Естественная система единиц физических величин:
ħ = 1, c = 1, ρρρρ = 1, εεεεβ0 = 1
«Кинематические параметры» электрона (его модусы)

51. 51
Фундаментальный процесс субстанции:
КРУТ
Формирование фундаменталов посредством кручения.
Скруты (высокоэнергичные, локализованные в пространстве
нейтрино и фотоны)
Вкруты (β±-электроны, μ±-мюоны, π±,0-пионы)
Подкруты (HF-фундаменталы с иерархической структурой:
k-керн/q-шуба)
Блицкруты (резонансы с шириной Г ≥ 1 МэВ)
Формирование электронной оболочки атомов.
Обкруты (иерархическая совокупность заполненных
электронных подоболочек)
Термины, характеризующие «распад» фундаменталов.
Раскруты (распады неустойчивых фундаменталов по
определённым «каналам»)
Перекруты (трансформация структуры: n → p β– ν;
π± → π0 β± и др.)

52. 52
На записи можно видеть не движение
точки в пространстве, а распределение
энергии электрона как функцию от
временной задержки ультрафиолетовой
лазерной вспышки относительно
колебания инфракрасного лазерного
поля. Несколько упрощая, каждый кадр -
это распределение энергии электрона в
данный момент времени.
Для управления движением электронов
использовалось осциллирующее поле
инфракрасного лазера. Поле временно
ионизировало атомы гелия, то есть
выбивало из них электроны, которые
затем фиксировались детектором. Для
получения более четкой картины,
позволяющей наблюдать за поведением
электронов во времени, использовались
сверхкороткие ультрафиолетовые
лазерные вспышки длительностью не
более 300 аттосекунд (аттосекунда - 10-
18 секунды), синхронизированные с
колебаниями поля.
Группа шведских ученых из
университета Лунда впервые
засняла движение электрона,
журнал Physical Review Letters.

53. 53

54. 54