Elektron (e-), elektrický náboj a klidová hmotnost nejlehčí leptonové částice

Elektron - nejlehčí elementární částice z třídy leptonů

Elektron je nejlehčí známou částicí s nenulovou klidovou hmotností (za předpokladu, že klidová hmotnost neutrina je nulová). Elektron patří k leptonům, částicím, které nepodléhají působení silné jaderné interakce, ale pouze elektromagnetické a slabé jaderné.

Leptony

Název pro leptony pochází z řečtiny a znamená lehký. Dělí se na dvě skupiny - elektricky nabité leptony (elektron, mion a tauon) a na neutrina (elektronové, mionové a tauonové). Pojmenování pro leptony bylo zavedeno ještě před objevem tauonu, jehož klidová hmotnost asi dvakrát převyšuje hmotnost protonu a toto pojmenování skupiny poněkud "kazí".

Hmotnost a náboj elektronu

Elektron je lehká subatomární částice s klidovou hmotností pouhých 9,109 382 × 10^-31 kg, což je ekvivalent 0,511 MeV. Je to částice se záporným nábojem, jehož hodnota činí -1,602 176 × 10^-19 C (Coulomb). V jaderné fyzice je náboj elektronu měrnou jednotkou náboje podobně jako hmotnost elektronu je měrnou jednotkou hmotnosti. Elektrický náboj je považován za dále nedělitelný, byť kvarky, stavební částice hadronů, mají třetinový elektrický náboj jako elektron.

Čtěte také: Neutron, nestabilní nukleon

Elektron je zároveň fermion, pro které platí Pauliho vylučovací princip. Jeho spin je totiž poločíselný. Elektron je spolu s protony a neutrony základní stavební částicí atomů.

Energetické hladiny elektronu

Na rozdíl od protonu a neutronu se elektron vyskytuje v obalu atomu. Elektron v obalu atomu nemůže nabývat libovolných hodnot energií, nýbrž přesně stanovených, diskrétních, energetických hladin, které určuje následující vztah:

Po dosazení pak zjistíme, že v základním stavu (n = 1) má elektron energii -2,178 8 × 10^-18 J, což činí v přepočtu -13,60 eV. Ve druhé energetické hladině má elektron energii -3,40 eV, ve třetí -1,51 eV atd. Případ, kdy n = ∞ odpovídá ionizovanému vodíku. Míra práce potřebné k převedení elektronu (v atomu vodíku) ze základního stavu do nekonečna je dána vztahem

Podobně jako ostatní částice má elektron svou antičástici, která se jmenuje pozitron. Pozitron byl objeven již v roce 1932 Carl D. Andersonem při studiu kosmického záření. Dvojice elektron - pozitron je nejobvyklejší dvojice částice - antičástice, které pozorujeme v přírodě. Pozitron má stejné vlastnosti jako elektron, avšak kladný elektrický náboj.

Fyzikální vlastnosti elektronu

Elektron byl objeven v roce 1897 Josephem Johnem Thomsonem, který prováděl experimenty s katodovou trubicí. Částice emitované ze žhavícího vlákna nechával J. Thomson procházet elektrickým a magnetickým polem, ve kterých byly částice vychylovány na stínítko. Z odchylek pak J. Thomson vypočetl přibližnou hmotnost elektronu.

Elementární částice baryony bosony fermiony gluony hadrony hyperony kvarky leptony mezony elektron foton Higgsův boson kaon mion neutrino neutron pion pozitron proton tauon

Další související články: