Tekst źródłowy strony Elektron

{{dopracować|więcej przypisów=2019-09}}
{{Inne znaczenia|[[cząstka elementarna|cząstki elementarnej]]|[[elektron (ujednoznacznienie)|inne artykuły o tej nazwie]]}}
{{Cząstka infobox
 |nazwa        = Elektron
 |zdjęcie      = HAtomOrbitals.png
 |opis zdjęcia = Pierwsze powłoki elektronowe w [[Wodór|atomie wodoru]]. Jasność odpowiada prawdopodobieństwu znalezienia elektronu
 |generacja    = pierwsza
 |oznaczenie   = e<sup>−</sup>, β<sup>−</sup>
 |klasyfikacja = [[Lepton (mechanika kwantowa)|lepton]], [[Fermiony|fermion]]
 |ładunek      = –[[Ładunek elektryczny elementarny|e]]
1,6021766208(98){{e|−19}} [[Kulomb|C]]<ref>{{cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e |tytuł = CODATA Value 2014: elementary charge |data dostępu = 2015-07-26}}</ref>
 |masa         = 5,485 799 090 70(16){{e|−4}} [[Jednostka masy atomowej|u]]<ref>{{cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?meu |tytuł = CODATA Value 2014: electron mass in u |data dostępu = 2015-07-26}}</ref>
9,10938356(11){{e|−31}} kg<ref>{{cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?me |tytuł = CODATA Value 2014: electron mass |data dostępu = 2015-07-26}}</ref>

0,510 998 9461(31) [[Elektronowolt|MeV]]/''[[prędkość światła|c]]''²<ref>{{cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mec2mev |tytuł = CODATA Value 2014: electron mass energy equivalent in MeV |data dostępu = 2015-07-26}}</ref>
 |czas życia   = trwała
 |spin         = <math>\tfrac{1}{2}</math>
 |antycząstka  = [[pozyton]] (antyelektron)
 |odkryta      = [[Joseph John Thomson]], 1897
}}
'''Elektron''', '''negaton''', ''e<sup>−</sup>'', ''β<sup>−</sup>'' – trwała [[cząstka elementarna]] ([[Lepton (mechanika kwantowa)|lepton]]), jeden z elementów [[atom]]u.

Elektron ma ładunek elektryczny równy e = −1,602&nbsp;176&nbsp;6208(98){{e|−19}}&nbsp;[[Kulomb|C]] (ujemny [[ładunek elektryczny elementarny]] – stąd też nazwa ''negaton'') i [[masa spoczynkowa elektronu|masę spoczynkową]] m<sub>e</sub> ≈ 9,109&nbsp;382&nbsp;91{{e|−31}}&nbsp;kg.

== Rozmiary liniowe elektronu ==
Obecnie nie wiadomo, czy elektron ma jakąkolwiek strukturę wewnętrzną. Wielokrotnie powtarzane eksperymenty w największych [[Akcelerator cząstek|akceleratorach]], polegające na zderzaniu ze sobą przeciwbieżnych wiązek elektronów rozpędzonych do prędkości bliskich [[prędkość światła|prędkości światła]] w próżni, nie dały argumentów za istnieniem struktury wewnętrznej. W zderzeniach traktowanych klasycznie elektron zachowuje się jak kulka o promieniu 2,817&nbsp;940&nbsp;3227(19)&nbsp;⋅&nbsp;{{10^|−15}}&nbsp;m ([[klasyczny promień elektronu]])<ref>{{cytuj stronę |url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?re |tytuł = CODATA Value 2014: classical electron radius |data dostępu = 2015-07-26}}</ref>. Doświadczenia z pułapkowaniem elektronów w [[pole magnetyczne|polu magnetycznym]] wykazały, że promień elektronu jest mniejszy niż {{10^|−22}}&nbsp;m<ref>{{cytuj pismo |nazwisko = Dehmelt |imię = Hans |tytuł = A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius |czasopismo = Physica Scripta |wolumin = T22 |strony = 102–110 |data = 1988 |doi = 10.1088/0031-8949/1988/T22/016}}</ref>.

== Historia odkrycia elektronu ==
[[Plik:Katódsugarak mágneses mezőben(2).jpg|thumb|Demonstracja promieni katodowych w [[Rura Crookesa|rurze Crookesa]]]]
Nazwę elektron wprowadził [[George Johnstone Stoney]] w 1891, dla elementarnej jednostki elektryczności ujemnej w procesie [[elektroliza|elektrolizy]]. Jako cząstka o ładunku ujemnym i niezerowej masie elektron został zaobserwowany w roku 1897 przez [[Joseph John Thomson|J.J. Thomsona]]. Na podstawie wyników badań właściwości promieniowania katodowego uznał, że to promieniowanie jest strumieniem cząstek o ładunku ujemnym, emitowanych w rurze próżniowej ([[lampa elektronowa]]) przez rozgrzaną [[Katoda|katodę]]. Cząstki te zostały nazwane elektronami.

W 1916 [[Gilbert Lewis|Gilbert Newton Lewis]] zauważył, że właściwości chemiczne [[Pierwiastek chemiczny|pierwiastków chemicznych]] wynikają z oddziaływań elektronów zawartych w ich [[atom]]ach.

== Elektron w atomie ==
Elektrony w atomach zajmują określony obszar w przestrzeni wokół stosunkowo małego dodatniego [[jądro atomowe|jądra]]. Obszary zajmowane przez elektrony nazywają się [[orbital]]ami. Orbitale z kolei zgrupowane są w [[powłoka elektronowa|powłoki elektronowe]]. Parametry każdego orbitala (energia, kształt) zdeterminowane są przez energię elektromagnetycznego oddziaływania z jądrem atomu i pozostałymi elektronami oraz parametry elektronu. Rozmiary orbitali atomowych są rzędu {{10^|−10}}&nbsp;m, czyli dziesiątej części [[nanometr]]a, ale dla stanów wzbudzonych mogą być kilkadziesiąt razy większe. Orbitale elektronowe są od 10 do 100 tysięcy razy większe od jądra atomowego, którego średnica wynosi od {{10^|−15}} do {{10^|−14}}&nbsp;m (około [[femtometr]]a).

Obojętny atom ma tyle samo protonów w jądrze (ładunek dodatni) co elektronów (ładunek ujemny). Atom może być zjonizowany w wyniku oderwania lub przyłączenia elektronu, wtedy liczba protonów jest różna od liczby elektronów. Dostarczenie energii powoduje wzbudzenie elektronów do wyższych stanów, bądź [[jonizacja|jonizację]] atomu (oderwanie elektronu). Zwykle w procesach takich wzbudzane są tylko elektrony z najwyższych powłok zwanych [[elektron walencyjny|walencyjnymi]], jednak promieniowanie o dużej energii wzbudza lub odrywa od atomu elektrony z głębszych powłok (patrz np. [[ekscyton Mahana]] – osobliwość w widmie na krawędzi Fermiego (''Fermi-edge singularity'') lub [[promieniowanie charakterystyczne]]).

Zachowanie elektronów na powłokach atomowych determinuje własności atomów w [[reakcja chemiczna|reakcjach chemicznych]].

== Elektron w fizyce materii skondensowanej ==
Elektron odgrywa ogromną rolę w zjawiskach dotyczących [[Fizyka materii skondensowanej|materii skondensowanej]]. Wynika to przede wszystkim stąd, że oddziaływania elektromagnetyczne stanowią dominujący czynnik wpływający na własności układów fizycznych w zakresach energii i odległości charakterystycznych materii ciała stałego i cieczy.

Głównymi cząstkami biorącymi udział oddziaływaniach w fizyce materii skondensowanej są [[rdzeń atomowy|rdzenie atomowe]] oraz [[elektron walencyjny|elektrony walencyjne]] i [[elektron swobodny|swobodne]] oraz [[dziura elektronowa|dziury]]. Ze względu na to, że w fizyce materii skondensowanej, by uprościć opis ruchu elektronu lub dziury, pomija się ich oddziaływanie z polem rdzeni atomowych. Równocześnie, aby równania ruchu elektronu pozostawały prawdziwe, zamiast masy elektronu wprowadza się jego [[masa efektywna|masą efektywną]]. Jest ona zwykle różna od masy elektronu swobodnego, a w materiałach [[anizotropia|anizotropowych]] masa efektywna jest [[tensor]]em.

W [[fizyka ciała stałego|fizyce ciała stałego]] elektrony i [[oddziaływanie elektromagnetyczne|oddziaływania elektromagnetyczne]] są odpowiedzialne za tworzenie się wiązań w kryształach, a tym samym wpływają na własności [[sieć krystaliczna|sieci krystalicznej]].

Przez elektron w fizyce materii skondensowanej (dotyczy to zarówno materii miękkiej i fizyki ciała stałego) rozumie się zwykle [[kwazicząstka|kwazicząstkę]] o zrenormalizowanych własnościach (patrz np. [[ciecz Fermiego]], [[ciecz Luttingera]], [[stany Pankratowa]], [[Twierdzenie Blocha|funkcja Blocha]], [[masa efektywna]]). Chcąc wyrażać się ściśle, należałoby mówić np. elektron w ciele stałym, jednak zwykle zakłada się, że fakt mówienia o kwazicząstce wynika z kontekstu, w jakim używa się sformułowania elektron.

Relacja dyspersji elektronu zależy od struktury pasmowej i modelu jaki używany jest do opisu konkretnego zjawiska. W najprostszych modelach przyjmuje się kwadratową zależność dyspersyjną (np. niektóre półprzewodniki) i wprowadza nieparaboliczne poprawki. W metalach, gdzie mamy do czynienia z częściowo wypełnionym pasmem przewodnictwa, bardzo często stosuje się model, w którym relacja dyspersji jest liniowa (liniowe rozwinięcie relacji dyspersji wokół [[powierzchnia Fermiego|powierzchni Fermiego]]).

Przybliżenie takie jest słuszne, gdy rozważane jest niskoenergetyczne wzbudzenia cząstka-dziura wokół powierzchni Fermiego.

Elektron w fizyce ciała stałego przedstawiany jest w różnych reprezentacjach. Podstawowymi z nich są
* funkcje Blocha
* funkcje Wanniera
* funkcje Luttingera.

Efektem, w którym manifestują się własności elektronowe w materii skondensowanej, jest [[Zjawisko tunelowe|tunelowanie]] elektronów wykorzystywane w układach [[Półprzewodniki|półprzewodnikowych]] oraz [[skaningowy mikroskop tunelowy|skaningowym mikroskopie tunelowym]], a także wiele innych własności i zjawisk jak
* [[ferromagnetyzm]], [[antyferromagnetyzm]], [[diamagnetyzm]]
* [[nadprzewodnictwo]]
* efekt [[ekscyton]]owy, [[polaron]]
* [[Zjawisko Halla|klasyczny efekt Halla]], [[Kwantowe zjawisko Halla|kwantowy efekt Halla]], [[Kwantowe zjawisko Halla|kwantowy ułamkowy efekt Halla]].

{{Zobacz też|Separacja spinowo-ładunkowa}}

== Elektron w mechanice kwantowej ==
Zjawiska zachodzące z udziałem elektronów zwykle należą do [[Mechanika kwantowa|mechaniki kwantowej]] i jako takie podlegają [[zasada nieoznaczoności|zasadzie nieoznaczoności]] [[Werner Heisenberg|Heisenberga]].

Elektron ma [[spin (fizyka)|spin]] ¹⁄₂, jest więc zaliczany do [[Fermiony|fermionów]] i podlega [[statystyka Fermiego-Diraca|statystyce Fermiego-Diraca]]. Elektrony są nierozróżnialne. Aby całkowicie opisać elektron, wystarczy podać jego [[stan kwantowy]].

[[Antymateria|Antycząstką]] elektronu, tj. odpowiadającą elektronowi cząstką [[antymateria|antymaterii]], jest ''antyelektron'', zwany krócej [[pozyton]]em (lub elektronem dodatnim). Jeżeli spotka się elektron z antyelektronem, dochodzi do [[anihilacja|anihilacji]], w wyniku której w miejsce elektronu i pozytonu powstają dwa [[foton]]y [[promieniowanie gamma|gamma]] (γ) o [[Energia (fizyka)|energii]] 0,511&nbsp;[[Elektronowolt|MeV]]. Podczas zderzenia fotonu gamma o takiej lub większej energii może zajść zjawisko odwrotne: kwant gamma zostaje pochłonięty, a pojawia się pozyton i elektron.

== Reakcje jądrowe z udziałem elektronu ==
Elektron może brać udział w reakcjach jądrowych. Elektron może być emitowany z jądra atomowego – nazywany jest wówczas [[promieniowanie beta|promieniowaniem beta]] (β) a przemiana jądrowa [[rozpad beta minus]]. Wyemitowane cząstki beta mają bardzo dużą energię i zdolność [[jonizacja|jonizacji]] materii. Niektóre jądra atomowe emitują antyelektrony, przemiana ta zwie się [[rozpad beta plus|rozpadem beta plus]].

Jądro atomowe może też pochłonąć elektron, jest to zazwyczaj elektron z najniższej powłoki elektronowej, przemiana taka nazywana jest [[Wychwyt elektronu|wychwytem elektronu]].

== Elektron w teorii standardowej i modelu standardowym ==
W [[model standardowy|modelu standardowym]] elektron jest cząstką elementarną pierwszej generacji i tworzy dublet z [[Neutrino|neutrinem elektronowym]].

Elektron w klasyfikacji cząstek subatomowych jest zaliczany do [[Lepton (mechanika kwantowa)|leptonów]]. Wchodzi w interakcje z innymi leptonami poprzez oddziaływania [[oddziaływanie elektromagnetyczne|elektromagnetyczne]] i [[oddziaływanie słabe|słabe]].

== Elektron w technice ==
[[Plik:DifraccionElectronesMET.jpg|thumb|Obraz [[dyfrakcja|dyfrakcji]] elektronu, dowodzący, że materia ma naturę falową]]

Elektrony mogą swobodnie poruszać się w [[próżnia|próżni]], co jest wykorzystywane w [[lampa próżniowa|próżniowych lampach elektronowych]]. W innych środowiskach (np. [[powietrze|powietrzu]]) ich ruch jest hamowany, bo przyłączają się do atomów [[substancja (fizyka)|substancji]], tworząc [[jon]]y ujemne. W [[gaz]]ach szybko poruszający się elektron może wywołać wzbudzenie atomu lub jego jonizację, a w konsekwencji emisję fotonów. Zjawisko to jest przyczyną [[zorza polarna|zorzy polarnej]], zaś w technice znalazło zastosowanie w [[lampa wyładowcza|lampach wyładowczych]] (np. [[Świetlówka|lampy jarzeniowe]], tzw. świetlówki).

Zgodnie z teorią [[fale materii|fal materii]] elektron może być postrzegany jako odpowiadająca mu fala. Może ona podlegać [[dyfrakcja|dyfrakcji]] i [[interferencja|interferencji]] na przeszkodach. Ze względu na [[długość fali]], znacznie mniejszą od długości fali świetlnej, elektrony nadają się doskonale jako czynnik przenoszący informację w mikroskopach – [[mikroskop elektronowy|mikroskopach elektronowych]].

== Makroskopowe zjawiska z udziałem elektronu ==
Elektrony poruszające się w sposób uporządkowany w określonym kierunku, np. w [[pole elektryczne|polu elektrycznym]] powstałym w wyniku przyłożenia [[napięcie elektryczne|napięcia elektrycznego]], stanowią [[prąd elektryczny]].

{{Commonscat|Electrons}}
{{Wikisłownik|elektron}}
{{Wikinews|Brytyjscy naukowcy zaobserwowali podział elektronów}}
{{Wikicytaty|dopełniacz=o elektronie}}

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Zobacz też ==

* [[Elektryd]]
{{Cząstki elementarne}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Elektryczność]]
[[Kategoria:Leptony]]