Электро́н — легчайшая стабильная отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества. Заряд электрона равен −1,602176487(40)×10−19 Кл (или −4,80320427(13)×10−10 ед. СГСЭ в системе СГС); наиболее точно он был измерен в независимых экспериментах Р. Милликена в 1909-1911 гг. и А. Ф. Иоффе в 1911-1913 гг. Эта величина служит единицей измерения электрического заряда других элементарных частиц (в отличие от заряда электрона, элементарный заряд обычно берётся с положительным знаком).
~{m_{e}}=9,10938215(45)~{\cdot }~10^{{-31}} кг — масса электрона. [1]
~{e_{0}}=-1,602176487(40)~{\cdot }~10^{{-19}} Кл — заряд электрона.
~{{\frac {e_{0}}{m_{e}}}}=-1,758804786~{\cdot }~10^{{11}} Кл/кг — удельный заряд электрона на единицу массы.
~s={{\frac {1}{2}}}{\hbar } — спин электрона в единицах постоянной Дирака ~\hbar .
Согласно представлениям физики элементарных частиц, электрон считается неделимым и бесструктурным (как минимум до расстояний 10−17 см). Электрон участвует в слабом взаимодействии, электромагнитных и гравитационных взаимодействиях. Он принадлежит к группе лептонов и является (вместе со своей античастицей, позитроном) легчайшим из заряженных лептонов. При столкновениях электронов и позитронов они аннигилируют. Электрон-позитронная пара может родиться от гамма-кванта достаточной энергии вблизи ядра. [2] Самопроизвольный распад как электрона, так и позитрона, будет противоречить закону сохранения электрического заряда, поэтому данные элементарные частицы стабильны.
До открытия массы нейтрино электрон считался наиболее лёгкой из массивных частиц — его масса примерно в 1836 раз меньше массы протона. Квантовомеханический спин электрона равен 1/2, и, таким образом, электрон относится к фермионам. Как и любая заряженная частица со спином, электрон в квантовой механике обладает магнитным моментом, причем магнитный момент делится на нормальную часть в виде магнетона Бора и на аномальный магнитный момент. Иногда к электронам относят как собственно электроны, так и позитроны (например, рассматривая их как общее электрон-позитронное поле в решении уравнения Дирака). В этом случае отрицательно заряженный электрон называют негатроном, а положительно заряженный – позитроном.
Электроны принадлежат к первому поколению семейства лептонных частиц. Они имеют квантовомеханические свойства как частицы, так и волны, поскольку могут сталкиваться с другими частицами и отражаться подобно свету. Каждый электрон имеет некоторое квантовое состояние, определяемое при измерении его параметров – энергии, спиновой ориентации и др. Являясь фермионами, любые два электрона не могут находиться одновременно в одном и том же квантовом состоянии; это свойство известно как принцип Паули.
Находясь в периодическом потенциале кристалла, электрон рассматривается как квазичастица, эффективная масса которой может значительно отличаться от массы покоя электрона.
Движение свободных электронов обуславливает такие явления, как электрический ток в проводниках и вакууме, магнетизм и термоэдс. Заряд движущегося электрона создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, в то же время внешнее магнитное поле отклоняет электрон от движения по прямой линии. Ускоряемый электрон может поглощать и излучать энергию излучения в виде фотонов. Из электронов состоят электронные оболочки атомов, где их число и положение определяет все химические свойства вещества. Основную массу атомов составляют протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, тогда как на долю электронов приходится менее 0,06 % всей массы атома. Одной из основных сил, удерживающих электроны возле ядра, является электрическая сила Кулона от протонов ядра. При образовании молекул из атомов и возникновении химической связи происходит перераспределение электронов в пространстве между атомами.
Во всех процессах рождения электронов как правило участвуют нуклоны или более тяжёлые адроны. Радиоактивные изотопы могут излучать электроны и позитроны при бета-распаде. Лабораторные приборы позволяют изучать отдельные электроны, а телескопы могут детектировать излучение от электронов в удалённых плазменных облаках. Электронная плазма имеет множество применений, включая плазменную сварку, рентгеновские трубки, электронные микроскопы, радиационную терапию, лазеры и ускорители частиц.
