Elektroi bat zer den? Elektroiaren masa eta karga

Elektroia funtsezko partikula da, materiaren egiturazko unitateak. Sailkapenaren arabera fermionoa da (partikulak oso erdi integratzailea du, E. Fermi fisikaria izendatzen duena) eta lepton bat (partikulak erdi integratu gabeko spin-a, elkarreragin sendoak ez direnak, fisikako lau oinarrizkoak). Elektroi baten bariometroaren zenbakia zeroaren eta beste leptonen antzekoa da.

Duela gutxi arte, uste zen elektroia oinarrizkoa dela, hau da, zatiezina eta partikulatua den egitura bat, baina zientzialariek beste iritzi bat dute orain. Elektroi modernoaren ideiak fisikari modernoen ideien arabera?

Izenburua Historia

Antzinako Grezian ere, naturalistek konturatu zirela amberak, aldez aurretik artilea, objektu txikiak erakartzen dituela, hau da, propietate elektromagnetikoak erakartzen ditu. Bere izena elektroi batek jaso zuen greziar ἤλεκτρον, hau da, "anbarra" esan nahi du. J. Stoneyek proposatu zuen terminoa 1894an, nahiz eta partikula hori J. Thompson-ek aurkitu zuen 1897an. Detektatu zaila izan zen, horregatik masa txikia da eta elektroiaren karga erabakigarria aurkitzeko esperientzia izan zen. Partikulen lehen irudiak Charles Wilson-ek lortu zuen kamera berezi bat erabiliz, esperimentu modernoetan erabiltzen dena, eta bere ohorez izendatua.

Izan ere, elektroiaren aurkikuntzako oinarrizko baldintza bat Benjamin Franklinen esanahia da. 1749an hipotesia garatu zuen elektrizitatea substantzia materiala dela. Bere lanetan, karga positiboak eta negatiboak, kondentsadoreak, isurketak, bateria eta elektrizitate partikula bat erabili zituzten. Elektroi baten karga espezifikoa negatiboa da, eta protoia positiboa dela suposatzen da.

Elektroiaren aurkikuntza

1846. urtean, Wilhelm Weber alemaniar fisikariak Wilhelm Weber fisikari alemaniarrak bere elektroien atomoaren kontzeptua erabiltzen hasi zen. Michael Faradayk "ion" terminoa aurkitu zuen, gaur egun, agian, eskola-bankutik ezagutzen dutena. Zientzialari garrantzitsu asko, hala nola alemaniar fisikari eta matematikari Julius Plukker, Jean Perren, William Crookes fisikari ingelesa, Ernst Rutherford eta beste batzuek elektrizitatearen izaeran parte hartu dute.

Horrela, Joseph Thompson-ek esperientzia famatua arrakastaz burutu baino lehen, atomo bat baino txikiagoa den partikula baten existentzia frogatu zuen, zientzialari askok arlo horretan lan egin zuten eta aurkikuntza ezinezkoa izango litzateke, lan kolosala ez bada.

1906an Joseph Thompson Nobel saria jaso zuen. Esperimentua honakoa zen: eremu elektrikoa sortutako metal paraleloen bidez, katodoaren izpi habeak gainditu zituzten. Ondoren, modu berean egin behar zuten, baina eremu magnetiko bat sortu zuten bobinak eraiki zituzten. Thompson-ek aurkitu zuen eremu elektrikoaren ekuazioaren bidez izpiak desplazatu zirela, eta ekintza magnetikoarekin ere ikusi zen, baina katodoaren izpiak ez zuten aldatu ibilbidea, bi eremuen arabera, partikulen abiaduraren arabera.

Kalkuluen ondoren, Thompsonek partikula hauen abiadura zela argiaren abiadura baino nabarmen txikiagoa zela jakin zuen. Une horretatik aurrera, fisikariak uste dute materiaren partikula irekiak atomoaren zati direla eta gero Rutherforden esperimentuak berretsi zituela . "Atomoaren planetaren eredua" deitu zuen.

Mundu kuantikoaren paradoxa

Elektroia osatzen dutenaren galdera oso konplexua da, gutxienez zientzien garapenaren fase honetan. Aurretik aztertu aurretik, fisika kuantikoaren paradoxek bat egin behar dute, nahiz eta zientzialariek ez dutela azaltzen. Bi zirrikitutik esperimentu famatua da, elektroiaren izaera bikoitza azalduz.

Bere funtsa da, hain zuzen ere, "pistola" partikula tiro aurretik, zutabe bertikal bertikal zulo bat instalatzen da. Haren atzean harri bat ikusiko dugu. Lehenik eta behin, nola axola jokatzen duen ulertu behar dugu. Modu errazena tenis bolak nola makina martxan jartzen duen imajinatzea da. Bola batzuk zulora erortzen dira, eta hormako hatz-marka banda bertikal batera gehitzen da. Zulo bereko beste bat gehitzeko distantzia bat badago, bi aztarna hurrenez hurren egingo dira.

Egoera honetan olatuak modu ezberdinean jokatzen dute. Horman olatu batekin talka egiten duten seinaleak badaude, zulo baten kasuan, banda ere izango da. Hala ere, dena aldatu egiten da bi errailen kasuan. Olatuek zuloak pasatzen dituzte erdian. Uhin baten goialdea goikoaren beheko aldea betetzen bada, elkarri estutu egiten zaie eta interferentzia eredua horman agertzen da (hainbat banda bertikal). Olatuen elkargunean lekuak arrasto bat utziko dute, baina ez dira elkarren artean itzali.

Amazing aurkikuntza

Goian deskribatutako esperimentuaren laguntzarekin, zientzialariek mundu osoko fisika kuantiko eta klasikoaren arteko desberdintasuna erakutsi dezakete. Elektroiak horman bonbardatzen hasi zirenean, ohiko traza bertikala erakutsi zuten: partikula batzuk, teniseko pilotak bezala, hutsune batera erori ziren, eta batzuek ez zuten. Baina dena aldatu zen bigarren zuloa agertu zenean. Interferentzia eredua horman agertu zen! Lehenik eta behin, fisikariak erabaki zuten elektroiak elkarren artean oztopatzen zutela, eta bat-batean utzi behar zituztela erabaki zuten. Hala ere, ordu pare bat igaro ondoren (elektroiak mugitzen diren abiadura argiaren abiadura baino askoz ere txikiagoa da), berriro agertu zen interferentzia eredua.

Ustekabeko txanda

Elektroiak, beste partikula batzuekin batera, hala nola fotoi gisa, gorputz-uhinen dualismo bat adierazten du (termino "uhin kuantikoaren dualismoa" ere erabiltzen da). Schrodinger katua, bizirik eta hildakoena bezala, elektroiaren egoera bihotz eta olatu izan daiteke.

Hala eta guztiz ere, esperimentu honen hurrengo urratsa misterioak areagotu ziren: funtsezko partikulak, denak ezagutzen zituena, harrigarria zirudien. Fisikariak obretan instalatzeko behaketa-gailua instalatu nahi izan zuen, zeinetan zirrikituaren partikulak igarotzen baitziren eta olatu gisa nola adierazten duten. Baina behaketa-mekanismoa jarri bezain laster, bi bandek bakarrik agertu ziren horman, bi zuloz, eta ez zuten inongo eredurik aurkitu. "Itzalkada" kendu bezain laster, partikula berriro olatuen propietateak erakusteko hasi zen, inork ez zuela behatzen.

Teoria beste

Bourne fisikariak iradoki zuen partikula ez zela olatu bat hitza literalki zentzuan. Elektroiak "badaki" probabilitatearen olatu bat berez, interferentzia eredua ematen du. Partikula horiek superposizioaren propietateak dira, hau da, probabilitate jakin bateko edozein tokitan egon daitezke, beraz, "olatu" antzeko batekin lagun dezakete.

Hala ere, emaitza begi bistakoa da: behatzaile baten presentziak esperimentuaren emaitza eragiten du. Sinestezina dirudi, baina hori ez da horrelako adibide bakarra. Fisikek ere esperimentuak egiten zituzten materia zati handiagoetan, objektua paper aluminiozko atal xume bat zen behin. Zientzialariek adierazi zuten neurri jakin batzuek objektuaren tenperaturaren eragina izan zutela. Fenomeno horien izaera, oraindik ezin dute azaldu.

egitura

Baina, zer gertatzen da elektroi batek? Une honetan, zientzia modernoak ezin du galdera hau erantzun. Duela gutxi arte, funtsezko partikula zatiezina zen, gaur egun zientzialariek egitura are txikiagoa dutenak dira.

Elektroiaren berariazko karga ere oinarrizkoena zen, baina quarkak zatiki arrunta edukitzea orain irekita dago. Hainbat elektroi osatzen duten teoriak daude.

Gaur egun, zientzialariek elektroia bereizteko lortzen duten artikuluak ikus ditzakezu. Hala ere, hori bakarrik egia da.

Esperimentu berriak

Sobietar zientzialariek azken mendeko laurogeita hamarreko hamarkadan iradoki zuten elektroi bat hiru kuasipartikuletan banatu zitekeela. 1996an, Spinon eta Holon-en zatitzeaz gain, Van den Brink fisikari berria eta bere taldea espinoi eta orbitan banatzen zuen partikula bat izan zuen. Hala ere, zatiketa baldintza berezietan bakarrik lortu daiteke. Esperimentua tenperatura oso txikietan egin daiteke.

Elektroiak "izoztu" zero absoluturako, eta hau da -275 gradu Celsius ingurukoa, ia gelditzen eta osatzen dute beren artean materia mota bat, partikula bat batu bezala. Baldintza hauen arabera, fisikariek kuasipartikulak behatzen dituzte, eta horietatik elektroiak "osatzen" ditu.

Informazio eramaile

Elektroiaren erradioa oso txikia da, 2.81794 da ^{. 10-13} cm, baina bere osagaiak askoz txikiagoak bihurtzen dira. Hiru zatietako bakoitzak, "elektroi" zatitzeko gai zirenak, informazioa ematen dute. Orbiton izenaren arabera, partikula baten orbital olatuari buruzko datuak ditu. Spinonek elektroiaren isurketaren arduraduna da, eta holonek kargaren berri ematen digu. Horrela, fisikariak elektroi-estatu desberdinek oso ondo isurtzen dute substantzia hotz batean. "Holon-spinon" eta "spinon-orbiton" bikoteak trazatu zituzten, baina ez hiru osorik elkarrekin.

Teknologia berriak

Elektroiak aurkitu zituzten fisikariek dozena bat urte itxaron behar izan zituzten aurkikuntza praktikan aplikatu arte. Gure garaian, teknologia urte gutxitan erabiltzen da, besterik gabe gogoratzen grafeno - material harrigarria, karbono atomo osatzen duten geruza batean. Zein izango da erabilgarria elektroiaren banaketa egiteko? Zientzialariek ordenagailu kuantikoa sortzea aurreikusten dute , zeinen abiadura, ustez, ordenagailu moderno indartsuena baino dozena bat aldiz handiagoa den.

Zer da informatika kuantikoaren teknologia sekretua? Hau optimizazio sinplea deritzo. Ordenagailu ezagun batean, informazio zati minimoa eta zatiezina pixka bat da. Datu horiek ikusizko zerbait bezala pentsatzen badugu, makina bi aukera daude soilik. Bit batek zero edo bat eduki dezake, hau da, kode bitarraren zatiak.

Metodo berria

Orain imajinatu ezazu bitak zero duela, eta unitatea "bit kuantikoa" edo "kuebit" da. Aldagai sinpleak rolaren bidez jokatuko dute (erlojuaren edo kontrako noranzkoan biratu daiteke). Pixka bat ez bezala, kuebit-ek hainbat funtzio egin ditzake aldi berean, horregatik, eta funtzionamenduaren abiadura handitu egingo da, elektroi baten masa txikia eta karga hemen ez dira axola.

Hau labirintoaren adibide batekin azaltzen da. Irten ahal izateko, hainbat aukera saiatu behar dituzu, eta horietatik bakarra zuzena izango da. Ordenagailu tradizionalek arazoak konpondu ditzakete azkar, baina aldi berean arazo bakar batean bakarrik funtziona dezakete. Bideen aldaera guztiak banan-banan banatuko ditu eta, azkenean, jakingo du. Ordenagailu kuantikoa, eskuliburuaren dualitateari esker, arazo ugari konpondu ahal izango ditu aldi berean. Aukera guztiak berriro aztertuko ditu, ez aldi berean, baina puntu bakarrean, eta arazoa konponduko du. Orain arte, zailtasunak zeregin bakar batean zeregin asko egiteko behartzen du - belaunaldiko ordenagailu berri baten oinarria izango da.

aplikazio

Jende gehienak etxeko ordenagailu batean ordenagailua erabiltzen du. Horrela, PC konbentzionalak ondo egiten ari diren bitartean, ordea, milakaen araberako gertaerak aurreikustea, eta agian ehunka mila aldagai, makina erraldoia izan behar luke. Ordenagailu kuantikoek erraz aurre egin diezaioketen eguraldiaren iragarpena, hondamendi naturalen datuak prozesatu eta aurreikusteko, eta kalkulu matematiko konplexuak ere egin ditzakete aldagai askorekin, bigarren ataleko prozesadore batekin. Agian, laster, gure ordenagailu indartsuenak lodiagoa izango da paper-orri batekin.

Osasunaren kontserbazioa

Teknologia informatiko kuantikoek medikuntzako ekarpen handia egingo dute. Gizakiak nanomekanismoak sortzeko ahalmena izango du potentzial indartsuenarekin, eta laguntza emango du gaixotasunak diagnostikatzeko, barruko gorputz osoa begiratuz, baita esku hartzeko kirurgiarik gabeko laguntza medikoa emateko ere. Ordenagailu bikain baten "garunak" dituzten robot txikienak eragiketa guztiak egin ahal izango dituzte.

Ordenagailu jokoak esparruan iraultza saihestezina da. Arazoak konpontzerakoan gai diren makina indartsuak grafiko oso errealistekin jolastu ahal izango dituzte, ez oso urrun dauden ordenagailu munduak, murgiltze osoarekin.