Электрон был открыт в 1897 г. Дж. Томсоном в экспериментах с катодными лучами. Было обнаружено, что при электрическом разряде в газах образуются отрицательно заряженные частицы с малой массой. В таблице приведены основные характеристики электрона.
Спин, | 1/2 |
Масса, МэВ | 0.510998902+0.000000021 |
Электрический заряд, К | -(1.602176462+0.000000063)·10-19 |
Магнитный момент, μB (μB = eћ/2mec) | 1.001159652187+0.000000000004 |
Время жизни, лет | >4.2·1024 |
Лептонное число, Le | +1 |
Лептонные числа, Lμ, Lτ | 0 |
Этот набор квантовых чисел определяет взаимодействие электрона с другими
частицами. То обстоятельство, что электрон является самой легкой отрицательно
заряженной частицей, приводит к тому, что электрон - стабильная частица. Время
жизни электрона по крайней мере больше 4.2·1024
лет.
Измерения тонкой структуры атомных спектров показали, что
наряду с орбитальным моментом количества движения l электрон обладает еще и
внутренним моментом количества движения - спином. Понятие спина электрона в
1925 г. было введено
Д. Уленбеком
и С. Гаудсмитом. Проекция
спина электрона (1/2 в единицах
ћ) на любое выделенное направление
может принимать два значения - +1/2 и -1/2. Полный момент количества
движения электрона
является векторной суммой орбитального
и спинового
моментов
= + .
В системе координат, в которой электрон покоится, орбитальный
момент l = 0 и полный момент количества движения
= .
В модели Гаудсмита и Уленбека спин был введен искусственно
для объяснения наблюдаемого в эксперименте тонкого расщепления спектральных
линий атомов. Существование спина электрона 1/2 следует из релятивистского
уравнения П. Дирака, полученного им в
1928 г. Четыре независимых решения уравнения Дирака в случае свободного движения
соответствуют частице (электрону) и античастице (позитрону) с двумя возможными
ориентациями спина относительно направления импульса - sz = +1/2 и sz = -1/2.
Т.к. спин электрона 1/2, он является фермионом и подчиняется
принципу Паули, запрещающему двум частицам находиться в одном квантовом
состоянии. Принцип Паули определяет заполнение электронных оболочек атомов.
Масса электрона (~0.511 МэВ) значительно меньше массы нуклона.
mp/me ~ 1840.
На исследовании электромагнитных свойств
электрона основаны фундаментальные эксперименты по проверке квантовой
электродинамики. В частности поэтому такие характеристики электрона как заряд,
масса, магнитный момент измерены с колоссальной точностью. В результате этих
проверок не было обнаружено никаких отклонений от предсказаний квантовой
электродинамики. Отсюда следует, что размер электрона меньше, чем 10-17 см.
Из релятивистского уравнения Дирака следовало, что электрон
должен иметь античастицу с такой же массой, но с положительным электрическим
зарядом. Такая частица - позитрон (e+) была обнаружена в составе
космических лучей. Эксперименты по сравнению масс и электрических зарядов
электрона и позитрона показали, что их массы не могут отличаться более, чем на 8·10-11%,
а заряды более, чем на 4·10-11%.
16.11.15