Elektron

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla
Elektron
HAtomOrbitals.png
Belirli enerji seviyelerinde (aşağıya doğru artarak: n-1, 2, 3,...) ve açısal momentumlardaki (sağa doğru artarak: s, p, d,...) bir hidrojen atomu elektronunun dalga fonksiyonları. Daha parlak olan bölgeler elektronun pozisyonu içim daha yüksek olasılık genliğini göstermektedir.
Bileşim Temel parçacık
İstatistik Fermiyon
Nesil Birinci
Etkileşim(ler) Kütle çekimi, elektromanyetik, zayıf
Sembol
e-
,
β-
Antiparçacık Pozitron
Teorileştirme Richard Laming (1838-1851)
Johnstone Stoney (1874) ve diğerleri
Keşif J. J. Thomson (1897)
Kütle 9,10938356(11)×10-31 kg
5,48579909070(16)×10-4 u
[1822,8884845(14)]-1 u[not 1]
0,5109989461(31) MeV/c2
Ortalama yaşam süresi Kararlı (>6,6×1028 yıl)
Elektrik yükü -1 e[not 2]
-1,6021766208(98)×10-19 C
-4,80320451(10)×10-10 esu
Manyetik moment -1.00115965218091(26) μB
Spin 1/2
Zayıf izospin LH: -1/2, RH: 0
Zayıf hiperyük LH: -1, RH: -2

Elektron (
e-
veya
β-
sembolleri ile gösterilir), eksi bir temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittirler ve bileşenleri ya da alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Elektronun kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmalarından ötürü, Pauli dışarlama ilkesine göre iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi elektronlar da hem parçacık hem dalga olma özelliği gösterirler ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

Elektronlar; elektrik, manyetizma, kimya ve ısıl iletkenlik gibi çeşitli fizik fenomeninde temel rol oynamalarının yanı sıra; kütle çekimsel, elektromanyetik ve zayıf kuvvetlerde de yer alır. Yüklü olmalarından dolayı kendilerini çevreleyen bir elektrik alanı bulunur ve gözlemciye bağlı hareket etmesi sonucunda manyetik alan meydana gelir. Diğer kaynaklar tarafından oluşturulan manyetik alanlar, Lorentz kuvveti kanunu gereğince elektronların hareketlerini etkiler. Elektronlar, radyasyona uğramaları veya hızlandırılmaları durumlarında enerjiyi foton şeklinde emerler. Laboratuvar aletleri ile elektronların tek tek ya da elektromanyetik alanlar kullanılarak elektron plazmasından yakalanması ve özel teleskoplar aracılığıyla dış uzaydaki elektron plazmasının saptanması mümkündür. Elektronlar; elektronik, kaynak, katot ışını tüpleri, elektron mikroskopları, radyoterapi, lazerler, gaz iyonlaştırma sayaçları ve parçacık hızlandırıcıları gibi alanlarda kullanılır.

Atom çekirdeği içindeki pozitif yüklü protonlar ile dışındaki negatif yüklü elektron arasındaki Coulomb kuvveti etkileşimleri atomları oluşturur. İyonlaşma ve parçacıkların özelliklerinde değişimler sistemin bağlanma enerjisini değiştirir. İki veya daha fazla atom arasında elektronların değiş tokuşu veya paylaşımı, kimyasal bağın temel nedenidir. İlk olarak 1838 yılında Richard Laming atomların kimyasal özelliklerini açıklamak için elektron yükünün bölünemez biz özelliğinin kavramını hipotezleştirdi. Johnstone Stoney 1891 yılında bu yüke elektron adını verdi. J. J. Thomson ve ekibi ise 1897 yılında onu parçacık olarak tanımladı. Beta parçacıkları olarak bilindikleri yıldız nükleosentezi gibi elektronlar nükleer reaksiyonlara katılırlar. Kozmik ışınların Dünya atmosferine girmeleri gibi yüksek enerjili çarpışmalarda ve radyoaktif izotopların beta bozunması yoluyla elektron oluşabilir. Pozitron olarak adlandırılan elektronun antiparçacığı, karşıt sembollü elektrik ve diğer yükleri taşıması dışında elektronla aynıdır. Birer elektronla pozitron arasında yaşanan çarpışmada, her iki parçacık da gama ışını fotonları üreterek annihilasyona uğrayabilirler.

Tarihi[değiştir | kaynağı değiştir]

Elektrik gücünün etkilerinin keşfi[değiştir | kaynağı değiştir]

Antik Yunanlar kürk ile sürtünmesi sonrasında kehribarın küçük nesneleri çektiğini fark ettiler. Bu fenomen, şimşekle birlikte insanlığın elektrikle kayıtlara geçmiş ilk deneyimiydi.[1] William Gilbert, 1600'de yayımlanan De Magnete adlı eserinde, Latincede kehribar anlamına gelen ve Yunancada da aynı anlamı taşıyan ἤλεκτρον (elektron) electrum kelimesinden esinlenerek oluşturulan, sürtülünce küçük nesneleri çekme özelliğini tanımlayan Yeni Latince electricus kelimesini türetti.[2][3] Thomas Browne'un 1646'da yayımlanan Pesudoxia Epidemica adlı eserinde, yine aynı kelimeler esas alınarak ilk defa İngilizcedeki electricity ifadesi kullanıldı.[2][3] Elektrik kelimesi Türkçeye, Fransızcada da aynı anlama gelen électrique kelimesinden geçti.[4]

İki tür yükün keşfi[değiştir | kaynağı değiştir]

1733'te yayımlanan Sur l'électricité adlı eserinde Charles François de Cisternay du Fay, yüklü altın varağın ipek sürtülen cam tarafından itildiğini, aynı yüklü altın varağın yün sürtülen kehribar tarafından çekildiğini gözlemlediğini yazdı. Buradan yola çıkarak du Fay, camsal ile kehribarsal adlarını verdiği iki tür elektrik akışı içerdiği sonucunu çıkardı. Bu iki akışkan, birleştirildiği vakit birbirini etkisiz hâle getirmekteydi.[5][6] Bir müddet sonra Ebenezer Kinnersley de bağımsız olarak aynı sonucu elde etti.[7] 10 yıl sonra Benjamin Franklin, elektriğin iki farklı tür akıştan değil de fazla (+) ya da eksik (-) olacak şekilde aynı akıştan geldiğini tespit ederek bunlara, yüklerin modern gösterimi olan pozitif ve negatif isimlerini verdi.[8] Franklin, yükün taşıyıcısını pozitif olmak olarak düşündü, ama hangi durumda yük taşıyıcısının fazlası ve hangi durumda yük taşıyıcısının eksiği olduğunu tanımlayamadı.[9]

1838 ve 1852 yılları arasında Richard Laming; atomların, birim elektrik yüklerine sahip atomaltı parçacıklar tarafından çevrelenmiş maddenin özünün birleşimi olduğu fikrini ortaya attı.[10] Johnstone Stoney, elektroliz fenomenine dair çalışmalarının ardından 1874'te, "elektriğin tek kesin özelliği" olduğunu ve bunun da tek değerlikli iyonun yükü olduğunu öne sürdü. Faraday'in elektroliz kanunları aracılığıyla bu temel yükün (e) değerini tahmin edebilse de, bu yüklerin atomlara sabitlenmiş olduğuna ve ayrılamayacağına inanmaktaydı.[11] 1881'de Hermann von Helmholtz, hem pozitif hem negatif yüklerin "elektriğin atomları gibi davranan" temel parçalara ayrıldığı fikrini ortaya attı.[12] 1881'de Stoney, elektroliyon (electrolion) terimini bu temel yükleri adlandırmak için kullandı. 1894 tarihli yazısında: "...elektron (electron) adını önermeye teşebbüs ettiğim elektriğin bu en dikkat çekici, temel biriminin gerçek miktarının bir tahmini yapıldı" ifadeleriyle terimin adını değiştirdi. 1906 yılında önerilen elektriyon (electrion) kelimesi, Hendrik Lorentz'in elektron'u kullanmaya devam etmesi nedeniyle kabul görmedi.[13][14] Elektron kelimesi elektrik ve iyon kelimelerinin birleşimiyle oluşturulmuştu.[15] Günümüzde, atomaltı parçacıkları tanımlamak için kullanılan -on eki de elektron kelimesinden sonra kullanılmaya başlandı.[16][17]

Madde dışındaki serbest elektronların keşfi[değiştir | kaynağı değiştir]

Bir manyetik alanla halka içinde yönünden saptırılmış bir elektron demeti.

Seyreltilmiş gazlarda elektriksel iletkenlik üzerine çalışmalarda bulunan Julius Plücker, 1859 yılında, katottan yayılan radyasyonun yol açtığı fosforesans ışığın, katodun yanındaki tüpte göründüğünü ve bu ışığın, manyetik alan uygulanmasına bağlı olarak hareket ettiğini gözlemledi.[18] 1869'da Johann Wilhelm Hittorf, katot ile tüpün duvarları arasında koyduğu katı bir cismin bir gölge oluşturduğunu tespit etti.[18] 1876'da Eugen Goldstein, bu cismin gölgesinin, cismin kendisinden daha büyük boyutlarda olduğunu gözlemleyerek fosforesansı oluşturan ışınların katottan direkt bir yol izleyerek geldiğini belirledi ve bu ışınlara katot ışını (Almanca: Kathodenstrahlen) adını verdi.[18][19][20] 1869-1875 yılları arasında William Crookes, içerisine yüksek vakum olan bir tüp geliştirdi. 1874'te, katot ışınlarının izlediği yola koyulan bir çarkın, ışınların etkisiyle döndüğünü gözlemleyerek bu ışınların momentum taşıdığını ve katottan anoda doğru hareket ettiğini gösterdi.[21] Işınlara uyguladığı manyetik alanla ise ışınları saptırmayı başararak bu ışınların negatif yüklüymüş gibi davrandığını tespit etti.[20] 1879'da, "radyant madde" olarak tanımladığı şeyle bu özelliklerin açıklanabileceğini ve maddenin, negatif yükle yüklenmiş olan yüksek hızla katottan tasarlanmış moleküller dahil dört durumu olduğunu olduğunu ileri sürdü.[22]

Arthur Schuster, katot ışınlarına paralel iki metal levha yerleştirdi ve levhalar arasında bir elektrik potansiyeli uygulayarak Crookes'un deneyini ilerletti. Işınların, alanın etkisiyle pozitif yüklü levhaya doğru sapmasıyla negatif enerji taşıdığı kanıtlanmış oldu. 1890'da, akımın verilen seviyesi için sapma miktarını ölçerek ışın bileşenlerinin kütle-yük oranını tahmin etti. Ancak bu üretilen değer beklenenin bin katından fazlaydı, bu yüzden o dönemde kendisinin hesaplamaları yaygın bir biçimde kabul görmedi.[20] 1892'de Hendrik Lorentz, bu parçacıkların (elektronların) kütlelerinin, onların elektrik yükünün bir sonucu olabileceği fikrini ortaya attı.[23][24]

1896'da floresans mineraller üzerinde çalışmalar yürüttüğü sıralarda Henri Becquerel, bu minerallerin hiçbir dışsal enerji kaynağına maruz kalmadan radyasyon yaydıklarını keşfetti.[25] Sonrasında Ernest Rutherford, bu radyoaktif malzemelerin parçacık yaydığını tespit ederek bu parçacıkları maddeye nüfuz etme özelliklerine göre alfa ve beta olarak adlandırdı.[26] 1900'de Becquerel, radyumun yaydığı beta ışınlarının elektrik alanını saptırabileceğini ve kütle-yük oranlarının katot ışınlarındakinin aynısı olduğunu belirledi.[27] Bu bulgu, elektronların atomların bileşenleri olduğu fikri için bir kanıt oluşturmaktaydı.[28][29]

1897'de J. J. Thomson ile iş arkadaşları John Townsend ve Harold Wilson, öncesinde düşünüldüğünün aksine katot ışınlarının dalga, atom veya molekülden farklı ve özgün parçacıklar olduğunu gösteren deneyler yaptılar.[30] Thomson, katot ışın parçacıklarının bilinen en hafif iyon olan hidrojeninkinin binde biri olan kütlesinin (m) ve yükünün (e) doğru bir tahminini yaptı.[30] Yük-kütle oranının (e/m) katodun malzemesinden bağımsız olduğunu gösterdi. Devamında ise radyoaktif, sıcak veya aydınlatılmış malzemeler tarafından üretilen negatif yüklü parçacıkların evrensel olduğunu ispatladı.[30] Elektron ismi bir kez daha, Johnstone Stoney tarafından bu parçacıklar için önerildi ve ilerleyen dönemde evrensel olarak kabul gördü.[31]

1909'da gerçekleştirdikleri ve sonuçları 1911'de yayımlanan yağ damlası deneyi sonrasında Robert A. Millikan ve Harvey Fletcher, elektronların yüklerini daha hassas bir şekilde ölçtüler. Deneyde, yüklü yağ damlacığının yerçekimi yüzünden düşmesini önlemek için elektrik alanı kullandı. Bu araç sayesinde %0,3'ten az bir hata payıyla, 1-150 kadar az iyonun elektrik yükü ölçülebildi. Benzer deneyler de elektroliz tarafından yönetilen yüklü su damlacıkları bulutları kullanarak Thomson'ın ekibi tarafından daha önce yapılmıştı.[30] 1911'de ise Abram İoffe'nin, metallerin yüklü mikroparçacıklarını kullanarak yaptığı ve Milikan ile aynı sonuca bağımsız olarak ulaştığı deneylerin sonuçları 1913'te yayımlandı.[32]

20. yüzyılın başlarında, belirli koşullar altında hızlı hareket eden yüklü parçacığın yolu boyunca aşırı doymuş su buharı yoğunluğuna yol açtığı keşfedildi. 1911'de Charles Wilson'ın tasarladığı bulut odasında bu prensip kullanıldı ve böylelikle hızlı hareket eden elektronlar gibi yüklü parçacıkların izleri fotoğrafladı.[33]

Atom teorisi[değiştir | kaynağı değiştir]

Bohr modeline göre n numarasıyla kuantumlanan elektron durumlarını gösteren çizim. Alt yörüngelere düşen bir elektron yörüngeler arasındaki enerji farkı kadar proton yayar.

1914'e kadar; Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck ve Gustav Hertz tarafından yapılan deneylerle; bir atomun yapısı düşük kütleli elektronla çevrili ve pozitif yüklerin yer aldığı yoğun bir çekirdeği olarak tanımlandı.[34] 1913'te Niels Bohr, elektronların çekirdekle ilgili elektron yörüngelerinin açısal momentumlarıyla belirlenen enerjiyle beraber belli bir dereceye kadar enerji içeren durumlarda bulunduğunu tespit etti. Elektronlar, belli sıklıklardaki protonların yayılması veya emilmesi ile bu durumlar ve yörüngeler arasında hareket edebildiğini belirledi. Bu kuantumlanmış yörüngeler aracılığıyla, hidrojen atomunun bu spektrum çizgilerini açıkladı.[35] Fakat Bohr'un modeli bu spektrum çizgilerinin göreli yoğunluklarını hesaplamada yanıldı ve daha karmaşık atomların spektrumlarını açıklamakta başarılı olamadı.[34]

Atomların arasındaki kimyasal bağlar 1916 yılında, iki atom arasındaki kovalent bağın aralarında paylaştıkları elektron çiftleri tarafından korunduğunu ileri süren Gilbert Lewis tarafından açıklandı.[36] 1927'de, Walter Heitler ve Fritz London tarafından, elektron çiftlerinin oluşumu ile kimyasal bağların, kuantum mekaniği bağlamında tam açıklaması gerçekleştirildi.[37] 1919'da, Lewis'in statik atom modelini inceleyen Irving Langmuir, elektronların ardışık "konsentirik (neredeyse) küresel kabuklara dağılmış ve tamamının eşit kalınlıkta" olduğunu öne sürdü.[38] Kabukları, her biri birer elektron çifti içeren birkaç hücreye böldü. Bu modelle Langmuir, genellikle kendilerini periyodik kurallara göre tekrar eden periyodik tablodaki bütün elementlerin niteliksel olarak kimyasal özelliklerini açıklamayı başardı.[39]

1924'te Wolfgang Pauli, atomların kabuk benzeri yapılarının her durum birden fazla elektron tarafından belirlenmedikçe her kuantum enerji durumunu tanımlayan dört parametreyle açıklanabileceğini gözlemledi. Bu aynı kuantum enerji durumunu kaplayan birden fazla elektrona karşı yasaklama olayı, Pauli dışarlama ilkesi olarak kullanıma geçti.[40] İki farkı mümkün değere sahip dördüncü parametreyi açıklamak için kullanılan fiziksel mekanizma, 1925'te yörüngenin açısal momentumuna ek olan bir elektronun bir içsel açısal momentumu ve manyetik dipol momenti olduğunu belirten Samuel Goudsmit ve George Uhlenbeck tarafından belirlendi[34][41] Bu içsel açısal momentum, ilerleyen dönemlerde spin olarak adlandırıldı ve yüksek çözünürlüklü spektrografla gözlemlenen spektrum çizgilerinin daha önceleri nedeni bilinmeyen ve sonradan ince yapı bölünmesi olarak adlandırılan bir şekilde bölünmesini açıkladı.[42]

Kuantum mekaniği[değiştir | kaynağı değiştir]

Kuantum mekaniğinde, bir atomdaki bir elektronun davranışı yörüngeden ziyade, bir dağılım olasılığı olan orbital tarafından tanımlanır. Çizimde, taralı alan o noktadaki verilen kuantum sayısıyla ilgili enerjiye sahip olarak göreli elektron bulma ihtimali gösterilmektedir.

1924 tarihli Recherches sur la théorie des quanta adlı çalışmasında Louis de Broglie, bütün maddelerin ışık gibi bir dalgaya sahip olduğunu hipotezleştirdi.[43] Bulgulara göre uygun koşullar altındaki elektronlar ve diğer maddeler ya dalga ya da parçacık özellikleri göstermekteydi. Bir parçacığın parçacıksal özellikleri, verilen anda onun eğik hareketi boyunca uzayda yerleştirildiği konumu olduğu gösterilince ortaya çıkmaktadır.[44] 1927'de yaptıkları deneylerle George Thomson, metal bir folyodan bir elektron demetinin geçmesiyle; Clinton Davisson ile Lester Germer ise nikel kristalinden elektronların yansımasıyla elektronun girişim etkisini keşfetti.[45][46]

De Broglie'nin elektronların dalga yapısı öngörüsü sonrasında Erwin Schrödinger, atom çekirdeğinin etkisi altında hareket eden elektronlar için 1926'da oluşturduğu dalga denklemiyle elektron dalgalarının nasıl yayıldığını tanımladı.[47] Zamanla bu denklem, elektronun yerini belirleyen çözümü sağlamak yerine, özellikle elektron dalga denkleminin zamanla değişmediği uzayda bağlı elektronun olduğu bir pozisyona yakın bir elektron bulunması için de kullanıldı. Bu yaklaşım ikinci bir kuantum mekaniği formülasyonunun oluşturulmasına (ilki 1925'te Werner Heisenberg tarafından yapışmıştı) ve Heisenberg'inki gibi Schrödinger denkleminin çözümleri 1913'te Bohr tarafından elde edilenlere eşit olan ve hidrojen spektrumunu ürettiği bilinen hidrojen atomundaki bir elektronun enerji durumunun türevlerinin elde edilmesine yol açtı.[48] Spin ve çoklu elektronlar arasındaki etkileşimin tanımlanmasının ardından, kuantum mekaniği sayesinde hidrojenden daha yüksek atom numarasına sahip atomlardaki elektronların diziliminin öngörülmesi mümkün kılındı.[49]

1928'de Paul Dirac, Wolfgang Pauli'nin çalışmasını temel alarak görelilik teorisiyle uyumlu olan, kuantum mekaniğinin elektromanyetik alanının hamilton formülasyonuna göreli ve simetrik kavrayışları uygulayarak Dirac denklemi olarak adlandırılan bir elektron modeli oluşturdu.[50] Göreli denklemindeki bazı sorunları çözme amacıyla 1930'da, negatif enerjili parçacıklardan oluşan sonsuz bir deniz olan ve sonraları Dirac denizi olarak adlandırılan bir vakum modeli geliştirdi. Bu sayede elektronun benzer antimaddesi pozitronun varlığını öngördü.[51][52] Bu parçacık 1932'de, standart elektronlara negaton diyen ve elektron kelimesini pozitif ve negatif yüklü parçacıkları tanımlamak için kullanmayı öneren Carl Anderson tarafından keşfedildi.[53]

1947'de, Robert Retherford ile birlikte çalışan Willis Lamb, bir hidrojen atomunun aynı enerjiye sahip olması gereken belli kuantum durumlarında, sonraları Lamb kayması olarak adlandırılan farklılıklar yaşandığını buldu.[54] Henry Foley ile birlikte çalışmalarını yürüten Polykarp Kusch 1948'de, elektronun manyetik momentinin Dirac'ın teorisi tarafından öngörülenden daha büyük olduğunu buldu.[55] Anormal manyetik dipol moment olarak adlandırılan aradaki fark 1948'de Julian Schwinger tarafından açıklandı.[56]

Parçacık hızlandırıcılar[değiştir | kaynağı değiştir]

20. yüzyılın ilk yarısında parçacık hızlandırıcıların geliştirilmesiyle birlikte, atomaltı parçacıkların özellikleri üzerine yapılan araştırmalar da derinleşmeye başladı.[57] İlk elektromanyetik indüksiyon kullanarak elektronları hızlandırma denemesini 1940'ta gerçekleştiren Donald Kerst, yaptığı denemelerde betatronu ile 2,3 MeV enerjiye ulaşmayı başardı.[58][59] 1947'de, sinkrotron radyasyonu 70 MeV elektron sinkrotron ile General Electric'te keşfedildi.[60] Bu radyasyon elektronların, manyetik alana doğru neredeyse ışık hızıyla hareket etmeleriyle meydana geldi.[61]

İlk yüksek enerji çarpıştırıcı, 1,5 GeV enerji demetiyle 1968'te hizmete giren ADONE'ydi.[62] Alet, elektronları ve pozitronları ters yönlerde, çarpışma enerjilerini bir elektronlu durağan bir hedefe çaptığındakinin iki katına çıkararak hızlandırmaktaydı.[63] 1989'dan 2000'e kadar etkin olan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezindeki Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı, 204 GeV değerinde enerjiye ulaşan çarpışmalar gerçekleştirmeyi başardı.[64][65]

Özellikleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Sınıflandırması[değiştir | kaynağı değiştir]

Temel parçacıkların Standart Model'i. Soldan birinci sütunun üstten ikinci satırında e sembolü ile gösterilen elektron yer almaktadır.

Parçacık fiziğinin Standart Model'inde elektronlar, temel parçacıklar olduklarına inanılan lepton adlı atomaltı parçacık grubuna dahildirler. Elektronlar, yüklü herhangi bir leptondan ya da elektrik yüklenmiş herhangi bir tür parçacıktan daha düşük kütleye sahiptir ve temel parçacıkların ilk nesline aittir.[66] İkinci ve üçüncü nesillerdeki yüklü leptonlar olan müon ve tau; yük, spin ve etkileşim açısından elektronlar ile özdeş olsalar da daha büyük boyuttadırlar. Leptonlar, maddenin diğer basit bileşenlerinden olan kuarklardan, güçlü etkileşimi olmaması bakımından ayrılırlar. Lepton grubunun tüm üyeleri gibi elektronlar, yarım tam sayı spine (1/2) sahip olduklarından birer fermiyondur.[67]

Temel özellikleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Elektronun değişmez kütlesi yaklaşık 9,109×10-31 kilogram ya da 5,489×10-4 atomik kütle birimidir.[68] Albert Einstein'ın kütle-enerji eşdeğerliği ilkesine göre bu kütle 0,511 MeV durgun enerjiye tekabül etmektedir. Protonun kütlesinin elektronunkine oranı yaklaşık 1836'dır.[69][70] Astronomik ölçümler bu oranın Standart Model'de öngörüldüğü gibi, en azından evrenin yaşının yarısından beri aynı kaldığını göstermiştir.[71]

Elektronlar, -1,602×10-19 coulomb kadar elektrik yüküne sahiptir.[68] Bu temel yükün 2,2×10-8 kadar göreli standart belirsizliği vardır.[68] Deneysel hassasiyet sınırları içinde elektronun yükü protonun yüküyle aynıdır, fakat zıt işarete sahiptir.[72] Temel yük için e sembolünün kullanılması nedeniyle elektron, genellikle
e-
şeklinde, negatif yükü temsil eden eksi işaretiyle birlikte sembolize edilir. Elektronla aynı özelliklere sahip olan ve elektronun aksine pozitif yüke sahip olan elektronun antiparçacığı pozitron ise
e+
şeklinde gösterilir.[67][68]

Elektronların sahip olduğu spin olarak adlandırılan içsel açısal momentum değeri 1/2'dir.[68] Bu spin değerine sahip parçacıklar için spin büyüklüğü ±ħ/2 kadardır ve herhangi bir eksendeki spinin izdüşüm ölçümlerinin sonuçları yalnızca 3/2 ħ olabilmektedir.[not 3] Spine ek olarak elektron, spin ekseni boyunca içsel bir manyetik momente sahiptir.[68] Bu değer yaklaşık olarak, 9,27400915(23)×10-24 joule/tesla'ya denk gelen bir Bohr magnetonuna eşittir.[68][73][not 4] Elektronun momentumuna göre spinin yönünün belirlenmesi olayı, temel parçacıkların sarmallık olarak bilinen özelliğini ifade etmektedir.[74]

Elektronun bilinen bir altyapısı yoktur[75][76] ve uzamsal bir kapsamı olmayan, nokta yüke sahip nokta parçacık olarak kabul edilmektedir.[77] Klasik fizikte bir nesnenin açısal momentumu ve manyetik momenti, onun fiziksel boyutlarına bağlıdır. Elektronun boyutsuz olarak kabul edilmesinden dolayı, paradoksal ve elektronun sonlu ve sıfırdan farklı yarıçapına işaret eden Penning tuzağındaki deneysel gözlemlerle ters düşüyor gibi gözükebilir. Elektronun yarıçapı konusu, modern teorik fizikte birtakım sorunlara yol açmaktadır. Elektronun sonlu bir yarıçapı hipotezinin kabulü, görelilik teorisinin önermeleriyle uyumsuzdur. Diğer yandan, nokta benzeri elektron (sıfır yarıçaplı) sonsuzluğa yönelen elektronun öz enerjisi nedeniyle matematiksel zorlulara yok açmaktadır. Bir Penning tuzağındaki tek elektronda yapılan gözlem sonucunda parçacığın yarıçapının üst sınırının 10-22 metre olduğunu gözlemlenmiştir.[78] Enerjideki belirsizlik ilkesi kullanılarak üst sınırın 10-18 metre olduğu da söylenebilmektedir.[79] Protonun yarıçapından fazla, klasik elektron yarıçapı denilen çok daha fazla değeri olan 2,8179×10-15 m kadar, "klasik elektron yarıçapı" adı verilen bir fiziksel sabit daha olmakla birlikte bu değer, kuantum mekaniğinin etkilerini göz ardı eden basitleştirilmiş bir hesaplama ile elde edildiğinden dolayı elektronun yapısıyla ilgili gerçeği yansıtmamaktadır.[80][not 5]

Elektron, bazı temel parçacıkların aksine teorik temellerde kararlıdırlar ve daha küçük boyutlu parçacıklara bozunmazlar. Sıfırdan farklı elektrik yüküne sahip parçacıklar arasında en düşük boyuta sahip olan elektronların bozunması, yük korunumunu ihlal etmesi anlamına gelecektir.[81] Elektronun deneysel ortalama ömrü için alt sınır, %90 güvenilirlikle 6,6×1028 yıldır.[82][83][84]

Kuantum özellikleri[değiştir | kaynağı değiştir]

Tek boyutlu kutudaki iki özdeş fermiyonun kuantum durumunun bir antisimetrik dalga fonksiyonu örneği. parçacıkların yer değiştirmesi durumunda dalga fonksiyonunun işareti de değişir.

Tüm parçacıklar gibi elektronlar da dalga gibi davranabilmektedirler. Buna dalga-parçacık ikiliği denir ve çift yarık deneyi kullanarak gösterilebilir.[85] Elektronun dalga benzeri yapısı klasik parçacıklardaki gibi tek yarık yerine, paralel yarıklarından aynı anda geçmesine izin verir. Kuantum mekaniğinde bir parçacığın dalga benzeri özelliği genellikle ψ sembolüyle gösterilir ve karmaşık değerli dalga fonksiyonu ile matematiksel olarak tanımlanabilmektedir. Bu fonksiyonun mutlak değerinin karesi alındığında, bir parçacığın bir konumunun yakınında gözlemlenme (olasılık yoğunluğu) ihtimalini vermektedir.[86]

Elektronlar, çünkü içsel özelliklerine bakılarak birbirlerinde ayrılamadıkları için özdeş parçacıklardır. Kuantum mekaniğinde bu, etkileşen bir çift elektronun konumlarının, sistemin durumunda gözlemlenebilir hiçbir değişiklik olmadan değiştirilebileceği anlamı taşımaktadır. Elektronlar dahil fermiyonların dalga fonksiyonu antisimetriktir. Bu sayede iki elektron, r1 ve r2 sırasıyla birinci ve ikinci elektronları ifade edecek biçimde, ψ(r1, r2) = -ψ(r2, r1) denklemine göre yer değiştirdiğinde elektronların işaretleri de değişir. Sembol değişiminde mutlak değerlerde değişim yaşanmadığından olasılıklar eşittir.[86] Antisimetri durumunda, elektronların etkileşimi için dalga denkleminin çözümleri bir çiftin aynı yeri veya durumunu kapsaması sıfır olasılıkla sonuçlanır. Bu durum, iki elektronun aynı kuantum durumunda olmasını engelleyen Pauli dışlama ilkesi sayesindedir. Bu ilke sayesinde, bir atomdaki bağlı elektron gruplarının aynı yörüngede birbirleriyle çakışması yerine farklı yörüngelerde bulunması açıklanabilmektedir.[86]

Sanal parçacıklar[değiştir | kaynağı değiştir]

Ana madde: Sanal parçacık

Her foton, sanal elektron ile antiparçacığı sanal pozitronun birleşimi olarak bir süre var olur ve hızlıca birbirlerine annihile olurlar.[87] Enerji çeşitliliğinin birleşiminin bu parçacıkları üretmesi ve var oldukları süre boyunca, ΔE · Δt ≥ ħ formülüyle belirsizlik ilkesinde açıklanan keşfedilebilirlik eşiğine dahil olması gerekmekteydi. Gerçekte ise bu sanal parçacıkların üretimini gerçekleştirmesi gereken enerji olan ΔE, Δt kadar süre boyunca vakumdan "ödünç" alınabilmekte ve bu sayede ürünleri indirgenmiş Planck sabitinden (ħ6,6×10-16 eV·s) daha büyük olamamaktadır. Böylece bir sanal elektron için Δt değeri en fazla 1,3×10-21 s olabilir.[88]

Sanal elektron-pozitron çiftlerinin bir elektronun yakınında rastgele görünmesinin şematik bir tasviri.

Bir sanal elektron-pozitron çifti varken, bir elektronu çevreleyen elektrik alanından gelen Coulomb kuvveti, oluşturulan pozitronun özgün elektron tarafından çekilmesine ve oluşturulan elektronun itilmesine yol açar. Bu sayede vakum kutuplaşması olarak adlandırılan olay ortaya çıkar. Gerçekte vakum, bir birimden fazla yalıtkan geçirgenliğine sahip bir ortam gibi davranır. Böylece, bir elektronun etkin yükü aslında gerçek değerinden düşüktür ve yük, elektrondan uzaklaştıkça düşer.[89][90] Bu kutuplaşma 1997'de, TRISTAN parçacık hızlandırıcısı kullanılarak deneysel olarak kanıtlandı.[91] Sanal parçacıklar elektronun kütlesi için bir koruyucu etki oluştururlar.[92]

Sanal parçacıklarla etkileşim, elektronun içsel manyetik momentumunun Bohr magnetonundan (anormal manyetik moment) %0,1 kadar sapmasını da açıklamaktadır.[73][93] Nokta bir parçacık olan elektronun içsel açısal momentuma ve manyetik momente sahip olması nedeniyle klasik fizik paradoksu, elektron tarafından üretilen elektrik alanındaki sanal fotonların oluşturulmasıyla açıklanabilmektedir. Bu fotonlar, zitterbewegung olarak adlandırılan elektronların yer değiştirmesi olayına neden olur.[94] Bu hareket, elektronun hem spinini hem de manyetik momentumunu üretir.[77][95] Atomlarda, bu sanal parça üretimi, spektrum çizgilerinde gözlenen Lamb kaymasını da açıklamaktadır.[89]

Etkileşim[değiştir | kaynağı değiştir]

Elektronun ürettiği elektrik alanı, pozitif yüklü bir parçacığa çekme, negatif yüklü bir parçacığa ise itme kuvveti uygular. Bu gücün büyüklüğü Coulomb kanunuyla saptanmaktadır.[96] Elektronlar, hareket hâlindeyken manyetik alan oluşturmaktadırlar.[86] Manyetik alan ile elektronların kütle hareketleri (akım) arasındaki ilişki Ampère kanunu ile açıklanmaktadır. İndüksiyonun bu özelliği, bir elektrik motorunu harekete geçiren manyetik alanı sağlar.[97] Rastgele hareket eden yüklü bir parçacığın elektromanyetik alanı, parçacığın hızı ışığınkine (göreli) yakın olduğunda dahi geçerli olan Liénard-Wiechert potansiyelleri tarafından açıklanmaktadır.[98]

q yüklü bir parçacık (solda), izleyiciye doğru konuşlanmış B manyetik alanına doğru v hızı ile ilerlemektedir. Bir elektron için q değeri negatiftir ve yukarıya doğru eğimli bir yol izler.

Bir elektron manyetik bir alana doğru hareket ederken, elektronun hızı ve manyetik alan tarafından tanımlanan, düzleme dik şekilde etki eden Lorentz kuvvetine tabiidir. Bu merkezcil kuvvet elektronun, eylemsizlik yarıçapı denilen bir yarıçapa sahip alana doğru sarmal bir yörünge takip etmesine neden olur. Bu eğimli hareketin ivmesi elektronun sinkrotron radyasyonu biçiminde enerji yaymasına yol açar.[99][100][not 6] Enerji yayılması, Abraham-Lorentz-Dirac kuvveti olarak bilinen elektronu yavaşlatan bir sürtünme yaratır. Bu kuvvet, elektronun kendi alanının elektronun kendisi üzerinde meydana gelen karşı tepkiden kaynaklanmaktadır.[101]

Bir atom çekirdeğinin elektrik alanı tarafından saptırılan bir elektron (e) tarafından üretilen Bremsstrahlung gösterilmektedir. E2-E1 enerji değişimi, yayılan fotonun frekansını (f) belirlemektedir.

Fotonlar, kuantum elektromanyetiğinde parçacıklar arasındaki etkileşimi sağlar. Sabit bir hızda izole edilmiş bir elektronun, enerji ve momentumun korunumu kanunları ihlal edilmiş olacağından gerçek bir fotonu emmesi ya da yayması mümkün değildir. Bunun yerine sanal fotonlar, iki yüklü parçacık arasında momentum değişimi yapabilirler. Sanal fotonların bu değişimi Coulomb kuvvetini üretir.[102] Enerji salınımı, hareket eden bir elektronun, proton gibi yüklü bir parçacık tarafından saptırılamsıyla ortaya çıkabilir. Elektronun ivmelenmesi, Bremsstrahlung radyasyonunun salınımı ile sonuçlanır.[103]

Bir foton ile bir tek (serbest) elektron arasında yaşanan esnek olmayan çarpışmaya Compton saçılması denir. Bu çarpışma ile parçacıklar arasında momentum ve enerji değişimi yaşanarak fotonun dalga boyu Compton kayması olarak adlandırılan miktarda değişir.[not 7] Bu dalga boyu değişiminin en büyük değeri, Compton dalga boyu olarak bilenen h/mec şeklinde tanımlanır ve elektronlar için bu değer 2,43×10-12 m kadardır.[68] Işığın dalga boyu uzadıkça (örneğin görülebilen ışığın dalga boyu 0,4-0,7 μm'dir) dalga boyu kayması daha ihmal edilebilir hâle gelir. Işık ile serbest elektronlar arasındaki bu ilişki, Thomson saçılması olarak adlandırılmaktadır.[104]

Elektron ve proton gibi iki yüklü parçacık arasındaki elektromanyetik etkileşimin göreli gücü, ince yapı sabiti ile verilmektedir. Bu değer, bir Compton dalga boyunun ayrımındaki çekmenin ya da itmenin elektrostatik enerjisinin, yükün geri kalan enerjisine oranı ile elde edilen boyutsuz bir niceliktir. α ≈ 7,297353×10-3 şeklindeki bu değer yaklaşık olarak 1/137'e eşittir.[68]

Elektronlar ile pozitronlar çarpıştığında, toplam enerjisi 1,022 MeV olan iki ya da daha fazla gama ışını fotonu ortaya çıkararak birbirlerini anhilasyona uğratırlar. Elektron ve pozitronun ihmal edilebilecek derecede bir momentuma sahip olmaları durumunda, annihilasyon tamamlanmadan önce bir pozitronyum atomu da oluşabilir.[105][106] Diğer yandan, yüksek enerji bir foton, çift üretimi denilen süreç sonrasında, yalnızca bir atom çekirdeği gibi yakındaki bir yüklü parçacığın varlığında birer elektron ve pozitrona dönüşebilmektedir.[107][108]

Elektrozayıf etkileşim teorisine göre, elektronun dalga fonksiyonun sola dönen bileşeni ile elektron nötrino bir zayıf izospin çifti meydana getirir. Bu, zayıf etkileşimler süresince elektron nötrinolarının elektron gibi davrandıkları anlamına gelmektedir. Bu çiftin herhangi bir üyesi, bir W bozonu yayarak ya da emerek bir yüklü akım etkileşimine maruz kalabilir ve çiftin diğer üyesine dönüşebilir. Bir yük taşıyan W bozonunun dönüşüm sırasında net yükü sıfırlaması nedeniyle bu reaksiyon boyunca yük korunur. Yüklü akım etkileşimleri, radyoaktif bir atomdaki beta bozunmasından sorumludur. Hem elektron ve hem de elektron nötrinosu,
Z0
değişimi sayesinde nötr akım etkileşimine maruz kalmakta ve bu sayede nötrino-elektron esnek saçılması ortaya çıkmaktadır.[109]

Atomlar ve moleküller[değiştir | kaynağı değiştir]

Kesitte görünen ilk birkaç hidrojen atomu orbitali için olası yoğunları. Bağlı bir elektronun enerji seviyesi kapladığı orbitali belirler ve renkler verilen pozisyonda elektron bulma ihtimalini gösterir.

Çekici Coulomb kuvvetiyle, bir elektron bir atomun çekirdeğine bağlı olabilir. Çekirdeğe bağlı ya da daha fazla elektronun oluştuğu bir sisteme atom denir. Eğer atomdaki elektron sayısı çekirdeğin elektriksel yükünden farklıysa, böyle atomlara iyon denir. Bağlı elektronun dalga benzeri davranışları atomik orbital denilen bir özellikle açıklanır. Her orbital kendisine ait enerji, açısal momentum ve açısal momentumun izdüşümü gibi bir grup kuantum numarası vardır. Ve sadece bu orbitallerin ayrık grupları çekirdeğin etrafında var olabilir. Pauli dışlama prensibine göre, her orbital spin kuantum sayısı farklı olan en fazla iki elektron tarafından doldurabilir.

Elektronlar iki orbital arasında potansiyel farkında uyuşan enerjili fotonların salma ve emmesiyle değişebilirler.[110] Orbital transferi için diğer metotlar elektron gibi parçacıkların çarpışması ve Auger etkisini içerir.[111] Atomdan kaçmak için elektronun enerjisi onu atoma bağlayan bağ enerjisinin üstüne çıkarılmalıdır. Atomun iyonizasyon enerjisini aşan bir uyarıcı fotonun elektron tarafından emildiği fotoelektrik etkiyle bu ortaya çıkabilir.[112]

Elektronun orbitalinin açısal momentumu kuantize olmuştur. Elektron yüklendiği için, açısal momentuma oranlı olan orbitalin manyetik momentumunu üretir. Atomun net manyetik momentum çekirdeğin ve tüm elektronların spin manyetik momentine ve vektör toplamına eşittir. Çekirdeğin manyetik momenti elektronunkine oranla önemsizdir. Aynı orbitali kaplayan elektronların (çiftlenmiş elektron denir) manyetik momenti birbirini yok eder.[113]

Atomlar arasındaki kimyasal bağ kuantum mekaniğinin kurallarıyla tanımlandığı gibi elektromanyetik etkileşimin sonucu olarak ortaya çıkar.[114] En güçlü bağ moleküllerin yapımına izin vererek atomlar arasında elektron paylaşımı veya değişimiyle olur.[115] Molekül içinde, elektronlar birkaç çekirdeğin etkisi altında hareket eder ve moleküler orbitallleri kaplarlar; tıpkı izole atomlarda atomik orbital kapladıkları gibi.[116] Bu moleküler yapılardaki temel faktör elektron çiftlerinin var olmasıdır. Bunlar Pauli dışlama ilkesine zarar vermeden aynı moleküler orbitali kaplamalarına izin veren (atomlardaki gibi) zıt dönmesi olan elektronlardır. Farklı moleküler orbitaller elektron yoğunluklarının farklı uzamsal dağılımlarına sahiptirler. Örneğin, bağlı çiftlerde (atomları bir araya bağlayan çiftlerde), elektronlar çekirdek arasında göreli küçük hacimlerde en fazla ihtimalle bulunurlar. Tam tersine, bağlı olmayan elektron çiftleri çekirdeğin etrafındaki büyük hacimlerde dağılmışlardır.[117]

İletkenlik[değiştir | kaynağı değiştir]

Bir şimşek çakması temel olarak bir elektron akışı içerir. Şimşek çakması için gerekli elektrik potansiyeli bir triboelektrik etkisi tarafından oluşturulabilir.

Eğer bir yapı çekirdeğinin pozitif yükünü dengelemek için gerekenden az ya da fazla elektrona sahipse, bu obje net bir elektrik yüküne sahiptir. Fazla elektron varsa, obje negatif yüklenmiş denir, eğer çekirdekteki protonun sayısından daha az elektronu var, obje pozitif yüklenmiş denir. Eğer elektronların ve protonların sayısı aynı iste yükleri birbirlerini sıfırlar ve obje elektriksel olarak nötr olur. Makroskobik yapılar triboelektrik etki ile sürtülerek elektrik yükü kazanabilirler.[118]

Vakumda hareket eden bağımsız elektronlara serbest elektronlar denir. Metallerdeki elektronda da serbestlermiş gibi davranırlar. Gerçekte metallerdeki ve diğer katılardaki elektron olarak adlandırılan parçacıklara gerçek elektronlar gibi aynı elektriksel yüke, dönmeye ve manyetik momente sahip olan ama kütleleri farklı olabilen sanki elektron veya sanki parçacık denir.[119] Metaldeki ve vakumdaki serbest elektronlar hareket edince, manyetik alanı kontrol eden elektriksel akım denilen yükün net bir akışını oluştururlar. Benzer olarak, bir akım değişen manyetik alan tarafından yaratılabilir. Bu etkileşim matematiksel olarak Maxwell denklemleri ile tanımlanabilir.[120]

Verilen bir sıcaklıkta, her materyal eğer bir elektrik potansiyeli uygulandıysa elektrik akımını belirleyen bir elektriksel iletkenliğe sahiptir. Teflon ve cam kötü kondüktörlerken, iyi kondüktörler arasında bakır ve altın gibi metaller vardır. Herhangi bir yalıtkan materyalde elektronlar kendi atomlarına bağlı olarak devam ederler ve materyal de bir yalıtkan gibi davranır. Çoğu yarı iletken yalıtmanın ve iletmenin sınırları arasında olan bir iletkenlik seviyesine sahiptir.[121] Diğer yandan metaller kısmen dolu elektronik kuşaklar elektron kuşağı yapısına sahiptirler. Böyle kuşakların varlığı metallerdeki elektronların yöresizleşmiş elektronlarmış gibi davranmalarına izin verir. Bu elektronlar belli atomlarla ilişkilendirilmemişlerdir, böylelikle, elektronik alan uygulandığında, gaz (Fermi gazı denir)[122] gibi materyale doğru hareket etmekte özgürlerdir.

Elektronlar ile atomlar arasındaki çarpışma yüzünden, kondüktördeki elektronların sürüklenme hızı yaklaşık saniyede milimetredir. Ama malzemedeki bir noktadaki akımın yükünün değiştiği hız materyalin diğer kısımlarındaki akımların da değişimine neden olur.[123] Elektrik sinyalleri materyalin dielektrik sabitine bağımlı hızla dalga gibi yayıldığı için olur bu.[124]

Yöresizleştirilmiş elektronlar atomların arasındaki termal enerjisi taşımak için özgür için metaller sıcaklığı da iyi iletirler. Ama elektriksel iletkenliğin aksine, metalin termal iletkenliği sıcaklıktan bağımsızdır. Bu matematiksel olarak ısıl iletkenliğin elektriksel iletkenliğe oranının sıcaklıkla orantılı olduğunu söyleyen Wiedemann-Franz kanunuyla açıklanmıştır.[122] Metalik örgüdeki termal bozukluk elektriksel akıma bağımlı sıcaklık üreterek metalin elektriksel direncini artırır.[125]

Kritik sıcaklık denilen noktanın altına kadar soğulunca, materyaller süperiletkenlik olarak bilenen süreçte elektrik akımına karşı olan tüm dirençlerini kaybettikleri faz değişimine uğrarlar. BCS teorisinde Bose-Einstein yoğunlaşması olarak bilinen kuantum durumuna giren elektron çiftleri tarafından bu davranış modellenir. Bu Cooper çiftleri fonon denilen örgü titreşimleriyle yakındaki maddeyle hareketlerini çiftler ve böylelikle normalde elektriksel direnç yaratan atomların çarpışmasını önler (Cooper çiftleri yaklaşık olarak 100 nm yarıçapa sahiptir böylelikle birbirleriyle çakışabilirler). Ama yüksek sıcaklık süperiletkenliğin işleme belirsiz devam eder.

Kendileri sözde parçacık olan mutlak sıfıra yakın bir sıcaklıkta tutulduklarında iletken katıların içindeki elektronlar üçe bölünmüş gibi davranırlar; diğer sözde parçacıklar: spinonlar, orbitonlar ve holonlar. İlki dönme ve manyetik momenti taşır, ikincisi yörüngelerin yerlerini taşır ve üçüncüsü elektriksel yükü taşır.

Hareket ve enerji[değiştir | kaynağı değiştir]

Albert Einstein'ın özel görelilik teorisine göre, bir elektron ışık hızına yaklaştıkça gözlemcinin bakış açısına göre göreli kütlesi artar, böylelikle gözlemcinin referans çerçevesi içinde onu hızlandırmak gittikçe zorlaşır. Vakumdaki elektron ışık hızına (c) yaklaşabilir ama hiçbir zaman yetişemez. Göreli elektron (c'ye yakın bir hızda hareket eden elektron) su gibi ışığın bölgedeki hızı c'den az olduğu bir dielektric bir ortama sokulduğunda, elektron geçici olarak böyle bir ortamda ışıktan hızlı hareket eder. Ortamla etkileştiklerinde, Çerenkov radyasyonu denilen bir kısık ışık üretilirler.

Hız fonksiyonu olarak Lorenz faktörü. 1 değerinden başlar ve v, c'ye yaklaştıkça sonsuza gider.

Özel göreliliğin etkisi (v parçacığın hızı) olarak tanımlan Lorentz faktörü olarak bilinen ve olarak tanımlanan bir özelliğe bağlıdır. Burada v hızıyla hareket eden elektronun kinetik enerjisi Ke;

me elektronun kütlesidir. Örneğin, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı bir elektronu yaklaşık olarak 51 GeV'e kadar hızlandırabilir.[126] Verilen hızda elektron dalga gibi davrandığı için, de Broglie dalga boyu karakterine sahiptir. Bu λe = h/p denkleminde verilmiştir (h Planck sabiti, p momentum). Yukarıdaki 51 GeV elektron için, dalga boyu atomik çekirdeğin boyutundan küçük yapıları keşfetmeye yetecek kadar küçük olan 2,4×10-17 m'dir.[127]

Oluşum[değiştir | kaynağı değiştir]

Çift üretimine bir atomik çekirdek ile foton çarpışması neden olur.

Büyük Patlama teorisi evrenin evrimindeki ilk basamaklarını açıklayan en çok kabul göre teoridir. Büyük patlamanın ilk milisaniyesinde, sıcaklık 10 milyar Kelvin'in üzerindeydi ve fotonlar ortalama bir milyon elektronvoltu üstünde enerjiye sahiptiler. Bu fotonlar elektron ve pozitron çiftleri kurmak için birbirleriyle etkileşime girmeye yeterek kadar enerjiliydi. Aynı şekilde, pozitron-elektron çiftleri birbirlerini yok ederek, enerjili fotonlar yaydı:


γ
+
γ

e+
+
e-

Elektronlar, protonlar ve fotonlar arasındaki denklik evrenin evrimini bu fazı boyunca devam etti. Ama 15 saniye geçtikten sonra, evrenin sıcaklığı elektron-pozitron kurulumunun ortaya çıkma eşiğinin altına düştü. Kalan elektronların ve pozitronların çoğu evreni kısaca tekrar ısıtan gama radyasyonu sağınımı yaparak birbirlerini yok ettiler.

Bu belirsiz kalan nedenlerden dolayı, leptogenesis süreci boyunca pozitrona karşı çok fazla sayıda elektron vardı. Bundan dolayı, milyarda bir elektron yok etme sürecinden çıkabildi. Bu çoğunluk protonların anti protonlara karşı çoğunluğuyla eşleşti. Kalan protonlar ve nötronlar nükleosentez olarak bilinen süreçte eser miktarda lityum ile hidrojen ve helyum atomu oluşturarak birbirleriyle reaksiyona katılmaya başladılar. Bu süreç 5 dakikada zirve yaptı. Bin saniyensin yarısı kadar bir yaşam süresi sonunda geriye kalan her nötron süreçteki elektron ve protonları serbest bırakarak negatif beta erimesine uğradı,


n

p
+
e-
+
ν
e

300000-400000 yıl kadar fazla elektronlar atomik çekirdeğe bağlanmak için fazla elektrik yüklüydüler. Nötr atomlar oluşunca ve genişleyen evren ışımak için transparan olunca, sonraki şey ise yeniden birleşme olarak bilinen bir süreç.

Büyük patlamadan yaklaşık bir milyon yıl sonra yıldızlar oluşmaya başladı. Yıldızın içinde yıldız nükleosentezi, atomik çekirdeğin füzyonuyla pozitron üretimiyle sonuçlanır. Bu anti-madde parçacıkları gama ışınları salarak elektronlarla yok edilir. Net sonuç elektronların sayısındaki istikrarlı azalma ve nötron sayısındaki eş yükselmedir. Ama Yıldız evrimi süreci radyoaktif izotopların senteziyle sonuçlanabilir. Seçilmiş izotoplar sonrasında çekirdekten bir anti-nütrüno ve elektron salınımı yaparak negatif beta erimesine uğrayabilir. Nikel-60(60Ni) oluşturmak için yok olan kobalt-60(60Co) izotopu buna bir örnektir.

Bir genişletilmiş hava duşu Dünya’nın atmosferine çarpan enerjili kozmik ışınlar tarafından yönetilir.

Yaşam ömrünün sonunda, 20 güneş kütlesinden daha fazla kütleye sahip olan bir yıldız yerçekimsel çöküşe uğrayarak kara delik oluşturur. Klasik fiziğe göre, bu ağır yıldızsal objeler herhangi bir şeyi eski Schwarzschild yarıçapından kaçmaktan engelleyecek kadar güçlü olan bir yerçekimsel bir çekim kullanırlar. Ama kuantum mekaniği etkilerinin potansiyel olarak bu mesafeden Hawking radyasyonunun yayılımına izin verdiğine inanılır. Elektronların (ve pozitronların) yıldız kalıntılarının olay ufkunu yarattığı düşünülür.

Sanal parçacık çiftleri (bir elektron ve pozitron gibi) olay ufku civarında yaratıldığında rastgele uzamsal dağlatılan bu parçacıklar bir tanesinin dışarıda görünmesine izin verir; bu sürece kuantum tüneli denir. Kara deliğin yerçekimsel potansiyeli bu sanal parçacıkları gerçek parçacıklara dönüştüren enerjisi sağlayabilir. Değişimde, çiftin diğer üyesine kara delik tarafından net bir kütle enerjisiyle sonuçlanan negatif enerji verilir. Hawking radyasyon oranı sonunda patlayınca kadar kara deliğin buharlaşmasına sebep olarak kütlenin azalmasıyla artar.

Kozmik ışınlar yüksek enerjiyle uzayda hareket eden parçacıklardır. Enerji olaylar en yüksek 3.0×1020 eV olarak kaydedilmiştir. Bu parçacıklar dünyanın atmosferinde nükleonlarla çarpışınca, pionlar da dahil olmak üzere bir parçacık sağanağı ortaya çıkar. Dünyanın yüzeyinden gözlemlenen kozmik radyasyonun yarısından fazlası müonları içerir. Müon denen parçacık bir pionun erimesiyle yüksek atmosferde üretilen bir leptondur.

π- → μ- + νμ

Bir müon, bir elektron veya pozitron oluşturmak üzere yok olabilir.

μ- → e- + νe + νμ

Gözlem[değiştir | kaynağı değiştir]

Aurorea çoğunlukla atmosferdeki tetikleyici elektronlar tarafından oluşturulur.

Elektronların uzaktan gözlemi ışıma yapan enerjilerinin saptanmasını gerektirir. Örneğin, bir yıldızın taç küresi gibi yüksek enerjili çevrelerde, serbest elektron Bremsstrahlung radyasyonu yüzünden enerji saçan bir plazma üretir. Elektron gazı elektron yoğunluğundaki senkronize edilmiş değişimler tarafından sebep olunmuş dalgalar olan plazma salınımına uğrar ve radyo teleskoplar kullanarak tespit edilebilen bir enerji yayılımı üretirler.

Fotonların sıklığı enerjisiyle oranlıdır. Bir atomun enerji seviyelerindeki bağlı elektronların geçişimleri oldukça, karakteristik sıklıklardaki protonları emer veya salar. Örneğin, atomlar geniş bir spektrumlu bir kaynak tarafından ışıma yapılırsa, ayrı soğurma çizgisi transfer edilen ışımanın spektrumunda görünür. Her element veya molekül hidrojen spektrumu serileri gibi spektral çizgilerinin karakteristik bir grubunu gösterir. Bu çizgilerin kuvvetinin ve genişliğinin spektroskopik ölçümleri maddenin fiziksel özelliklerinin ve kompozisyonunun belirlenmesine izin verir.

Laboratuvar koşullarında bireysel elektronlar arasındaki etkileşimler enerji, dönme ve yük gibi spesifik özelliklerin ölçümüne izin veren parçacık dedektörü aracılığıyla yapılabilir. Paul ve Penning tuzaklarının gelişimi yüklü parçacıkların uzun süreler boyunca küçük bir alanda tutulmasına izin verdi. Bu parçacık özelliklerinin kesin ölçümlerini yapabilir. Örneğin, bir seferde 10 aylık bir süreçte tek bir elektronun tutmakta Penning tuzağı kullanıldı. Elektronun manyetik momenti 1980’deki diğer bütün fiziksel sabitlerden daha kesin olarak 11. basamağa kadar bir hassasiyetle ölçüldü.

Elektronun enerjisinin dağılımın ilk video görüntüsü İsveç'te Şubat 2008’de Lund Üniversitesi'nde bir takım tarafından alındı. Bilim adamları attosaniye etki denilen elektronun hareketini ilk defa gözlemlemeye izin vermiş çok kısa ışık flaşı kullandı.

Katı materyallerdeki elektronların dağılımı açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi (APRES) tarafından görselleştirildi. Bu teknik fotoelektrik etkisini ters uzayı (orijinal yapıyı anlamak için kullanılan periyodik yapıların matematiksel bir gösterimi) ölçmek için kullanılıyor. ARPES elektronun materyaldeki yönü, hızı ve dağılımı belirlemek için kullanılır.

Plazma uygulamaları[değiştir | kaynağı değiştir]

Parçacık demeti[değiştir | kaynağı değiştir]

NASA rüzgâr tüneli testinde, uzay mekiği modeline tekrar giriş sırasındaki iyonize gazların etkisi simüle edilerek bir elektron demeti doğrultulur.

Elektron demeti kaynakta kullanılır. 0.1–1.3 mm kısa odak çapı boyunca enerji yoğunluklarına 107 W•cm-2'ye kadar izin verirler ve genellikle dolgu maddesi gereksinmezler. Bu kaynak teknolojisi elektronların hedefe ulaşmadan önce gazla etkileşimini engellemek için vakumda yapılmalıdır. Kaynak için uygun olmayacak iletken maddeleri birleştirmek için kullanılır.

Elektron ışımlı basım (EBL) mikrometreden daha fazla çözünmelerde yarı iletkenleri aşındırma yöntemidir. Bu teknik yüksek maliyetli, yavaş çalışan, vakum için çalışması gereken, katıdaki elektronların dağılma eğilimi olan bir tekniktir. Son problem 10 nm’e kadar çözünülme limitlenir. Bu nedenle EBL özelleştirilmiş entegre devlerin küçük sayıda üretiminde kullanılır.

Elektron demeti süreci fiziksel özelliklerini değiştirmek veya medikal ve gıda ürünlerini temizlemek için metallere ışıma yaptırmak için kullanılır. Elektron demeti yoğun ışınımlanmada sıcaklığı artırmadan camları akışkanlaştırır veya sözde erime sağlar: örneğin, yoğun elektron ışıması aktivasyon enerjisinin aşamalı olarak düşmesine ve akma direnci düşmesine sebep olur.

Çizgisel parçacık hızlandırıcısı radyasyon terapisinde yüzeysel tümörleri tedavisi için elektronları yönetir. Elektron terapisi bazal hücreli karsinoma gibi deri lezyonlarını tedavi edebilir çünkü bir elektron demeti soğrulmadan limitli derinliğe(elektron enerjisi için 5-20 MeV aralığında 5 cm’ye kadar) zühul edebilir. Bir elektron demeti X-ray tarafından ışınımlanmış kısımların tedavisine ek olarak da kullanılır.

Parçacık hızlandırıcıları elektronları ve onların anti parçacıklarını yüksek enerjine doğru ilerletmek için elektriksel alanı kullanır. Bu parçacıklar manyetik alana girdiklerinde sinkrotron ışıması yaparlar. Bu ışımanın yoğunluğunun dönmeye bağlı olması durumu elektron demetini polarize eder. Bu sürece Sokolov-Ternov etkisi denir. Polarize olmuş elektron demetleri birçok deney için kullanılabilir. Ayrıca, sinkrotron radyasyonu, elektron demetlerini soğutarak parçacıkların momentum yayılmalarını azaltır. Elektron ve pozitron demetleri gerekli enerjiye ulaşana kadar hızlandırılırlar ve çarpıştırılırlar. Parçacık detektörleri bu işlem sonucunda parçacık fiziğinin konusu olan ortaya çıkan enerjiyi gözlemler.

Görüntü[değiştir | kaynağı değiştir]

Düşük enerji elektron kırınımı (LEED) kristal materyal elektronların koşutlanmış ışık demeti bombardımanına tutma ve materyalin yapısını belirleme için kırımınım şeklinin sonuçlarını gözlemleme yöntemidir. Elektronların gerekli enerjisi 20-200 eV’dir genellikle. Yansıma yüksek enerji kırınımı (RHEED) tekniği kristal materyalin yüzünü karakterize etmek için farklı düşük açılarda açığa çıkmış elektron demetini kullanır. Demet enerjisi 8-20 keV aralığındadır ve oranın açıcı 1–4 derecedir.

Elektron mikroskobu bir modeldeki elektronların odaklanmış demetini gösterir. Bazı elektronlar demet materyal ile etkileşince hareket yönü, açıcı bağlı fazı ve enerjisi gibi özelliklerini değiştirir. Mikroskop uzmanları elektron demetindeki bu değişimleri materyalin kararlı görünüşünü atomik olarak üretmek için kaydederler. Mavi ışıkta, geleneksel optik mikroskoplar yaklaşık 200 nm’lik kırınımla sınırlı çözünürlüğe sahiptir. Kıyasla elektron mikroskopları elektronun de Broglie dalga boyu ile sınırlıdır. Dalga boyu örneğin 100,000volt potansiyele karşın 0.0037 nm’dir. The Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope bireysel atomları çözümlemek için fazlasıyla yeterli olan 0.05 nm’nin altında çözünürlüğe sahiptir. Bu yetisi elektron mikroskobunu yüksek çözünürlüklü görüntü için yararlı bir laboratuvar aleti yapar. Ama elektron mikroskopların muhafaza edilmesi masraflı pahalı aletlerdir.

İki tür elektron mikroskobu vardır; geçirimli ve taramalı. Geçirimli elektron mikroskopları materyal parçası boyunca geçen elektron demetiyle, yük bağlaşık aygıtına veya fotografik slâyda lenslerle yansıtılarak tepegöz gibi işler. Taramalı elektron mikroskoplu televizyon setinde olduğu gibi çalışılmış örnekten görüngü üretmek için iyi odaklanmış elektrona rasteri taraması yapar. Büyütme oranı 100x’dan 1.000.000x’e kadardır ya da iki mikroskop türünden de daha fazladır. Taramalı tünelleme mikroskobu keskin metal ucundan çalışılmış materyale elektronların kuantum tünelini kullanır ve yüzeyinin atomik olarak çözünürlüklü görüntüsünü üretir.

Diğer uygulamalar[değiştir | kaynağı değiştir]

Serbest elektron lazerinde (FEL), göreli bir elektron demeti iki kutuplu alanları alternatif yönleri gösteren magnetin oklarını içeren dalgalandırıcı demetinden geçer. Elektronlar salınım sıklığında radyasyon alanını güçlendirmek için aynı elektronlarla uyumlu olarak etkileşen sinkrotron radyasyonunu emer. FEL geniş sıklıklarla, mikrodalgalardan hafif X ışınlarına uyumlu yüksek parlaklık elektromanyetik radyasyonu emer. Bu araçlar üretim, iletişim ve yumuşak doku cerrahisi gibi değişik medikal alanlarla kullanılabilir.

Elektronlar laboratuvar araçlarında, bilgisayar ekranlarında ve televizyon setlerinde çoğunlukla gösterme aracı olarak kullanılan katot ışını tüpleri için önemlidirler. Aphotomultiper tüpte, fotokatoduna çarpan her foton saptanabilir bir akım darbesi üreten bir elektrocun çığı başlatır. Vakum tüpleri elektron akışını elektriksel sinyalleri idare etmek için kullanır ve elektronik teknolojinin gelişmesinde kritik bir rol oylarlar. Ama transistor gibi katıhal aygıtları onların çoğunlukla yerlerini aldı.

Notlar[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Kesirli sürümün böleni, ondalık değerin tersidir (4,2×10-13 u göreli standart belirsizlik değeri ile birlikte).
  2. ^ Elektronun yükü temel yükün negatifidir.
  3. ^ Bu büyüklük, spin kuantum sayısından şu şekilde elde edilmiştir:
    s kuantum sayısı için = 1/2.
    Bakınız: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy (İngilizce). New Age Publishers. s. 81. ISBN 978-81-224-1300-7. 
  4. ^ Bohr magnetonu:
  5. ^ Klasik elektron yarıçapı değerine şu şekilde ulaşılmaktadır: Elektronun yükünün, küresel yapısına eşit olarak dağıldığı varsayılır. Kürenin bir bölümü diğer bölümlerini iteceğinden, kürede bir elektrostatik potansiyel enerji olacaktır. Bu enerjinin, özel görelilik ile tanımlanan (E = mc2) elektronun duruk enerjisine eşit olduğu düşünülmektedir.
    Elektrostatik teoriden, kürenin potansiyel enerjisi, yarıçapı 'r ve yükü e olmak üzere şu şekildedir:
    buradaki ε0, vakum geçirgenliğini gösterir. Durgun kütlesi m0 olan bir elektronun durgun enerjisi şuna eşittir:
    buradaki c, vakumdaki ışık hızını ifade eder. Bunları eşit olarak belirlemek ve r değeri için çözmek, klasik elektron yarıçapını vermektedir.
    Bakınız: Haken, H.; Wolf, H. C.; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory (İngilizce). Springer. s. 70. ISBN 978-3-540-67274-6. 
  6. ^ Göreli olmayan elektronlardan yayılan radyasyonlar sinkrotron radyasyonu olarak da adlandırılmaktadır.
  7. ^ Dalga boyundaki değişim (Δλ), saçılma açısına (θ) bağlıdır ve matematiksel gösterimi şu şekildedir:
    Buradaki c vakumdaki ışık hızını, me ise elektron kütlesini ifade eder.
Kaynak hatası: <references>'da tanımlanan "FOOTNOTEZombeck2007393, 396" adındaki <ref> etiketi önceki metinde kullanılmıyor. (Bkz: Kaynak gösterme)

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Benjamin, Park (1898). A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin (İngilizce). New York: Wiley. ss. 315, 484-485. ISBN 978-1313106054. 
  2. ^ a b Cresswell, Julia (2010). Oxford Dictionary of Word Origins (İngilizce). Oxford University Press. s. 147. ISBN 0199547939. 
  3. ^ a b Chen, E. C. M.; Chen, E. S. D. (2004). The Electron Capture Detector and The Study of Reactions With Thermal Electrons (İngilizce). New York: Wiley. s. 4. ISBN 0471659886. 
  4. ^ "Elektrik". Türk Dil Kurumu. 28 Eylül 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  5. ^ Benjamin, Park (1898). A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin (İngilizce). New York: Wiley. ss. 315, 484-485. ISBN 978-1313106054. 
  6. ^ Keithley, J. F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s (İngilizce). IEEE Press. ss. 15, 20. ISBN 978-0-7803-1193-0. 
  7. ^ Cajori, Florian (1917). A History of Physics in Its Elementary Branches: Including the Evolution of Physical Laboratories (İngilizce). The Macmillan Company. s. 118. 
  8. ^ McKenzie, A. E. E. (1961). Magnetism and Electricity (İngilizce). Cambridge: Cambridge University Press. s. 25. 
  9. ^ Myers, R. L. (2006). The Basics of Physics (İngilizce). Greenwood Publishing Group. s. 242. ISBN 978-0-313-32857-2. 
  10. ^ Farrar, W. V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science (İngilizce). 25 (3), s. 243-254. doi:10.1080/00033796900200141. 
  11. ^ Barrow, J. D. (1983). "Natural Units Before Planck". Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society (İngilizce). Cilt 24, s. 24-26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
  12. ^ Arabatzis, T. (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities (İngilizce). University of Chicago Press. ss. 70-74, 96. ISBN 978-0-226-02421-9. 
  13. ^ Okamura, Sōgo (1994). History of Electron Tubes (İngilizce). IOS Press. s. 11. ISBN 978-90-5199-145-1. 
  14. ^ Stoney, G. J. (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine (İngilizce). 38 (5), s. 418-420. doi:10.1080/14786449408620653. 
  15. ^ "electron, n.2". OED Online. March 2013. Oxford University Press. Accessed 12 April 2013 [1]
  16. ^ Soukhanov, A. H., (Ed.) (1986). Word Mysteries & Histories (İngilizce). Houghton Mifflin Company. s. 73. ISBN 978-0-395-40265-8. 
  17. ^ Guralnik, D. B., (Ed.) (1970). Webster's New World Dictionary (İngilizce). Prentice Hall. s. 450. 
  18. ^ a b c Thomson, J. J. (2005). Conduction of Electricity Through Gases (İngilizce). Watchmaker Publishing. s. 621-622. ISBN 1929148496. 
  19. ^ Whittaker, E. T. (1951). A history of the theories of aether and electricity (İngilizce). 1. Londra: Nelson. s. 393. 
  20. ^ a b c Leicester, H. M. (1971). The Historical Background of Chemistry (İngilizce). Courier Dover. ss. 221–222. ISBN 978-0-486-61053-5. 
  21. ^ DeKosky, R. K. (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science (İngilizce). 40 (1), s. 1-18. doi:10.1080/00033798300200101. 
  22. ^ Zeeman, P. (1907). Lockyer, Norman (Ed.). "Sir William Crookes, F.R.S". Nature (İngilizce). 77 (1984), s. 1-3. Bibcode:1907Natur..77....1C. doi:10.1038/077001a0. 
  23. ^ Wilczek, Frank (1 Haziran 2012). "Happy Birthday, Electron". Scientific American (İngilizce). ISSN 0036-8733. 
  24. ^ Rechenberg, Helmut (2001). The Historical Development of Quantum Theory (İngilizce). Springer Science+Business Media. s. 631. ISBN 038795175X. 
  25. ^ Chmielewski, A. G.; Haji-Saeid, M. (Eylül-Ekim 2004). "Radiation technologies: past, present and future". Radiation Physics and Chemistry (İngilizce). 71 (1-2), s. 17-21. doi:10.1016/j.radphyschem.2004.05.040. 
  26. ^ Trenn, T. J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis (İngilizce). 67 (1), s. 61-75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
  27. ^ Becquerel, H. (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes rendus de l'Académie des sciences (Fransızca). Cilt 130, s. 809-815. 
  28. ^ Buchwald, J. Z.; Warwick, A. (2001). Histories of the Electron: The Birth of Microphysics (İngilizce). MIT Press. ss. 90-91. ISBN 978-0-262-52424-7. 
  29. ^ Myers, W. G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". The Journal of Nuclear Medicine (İngilizce). 17 (7), s. 579-582. PMID 775027. 
  30. ^ a b c d Thomson, J. J. (1897). "Cathode Rays". Philosophical Magazine (İngilizce). 44 (269), s. 293-316. doi:10.1080/14786449708621070. 
  31. ^ O'Hara, J. G. (Mart 1975). "George Johnstone Stoney, F.R.S., and the Concept of the Electron". Notes and Records (İngilizce). 29 (2), s. 265-276. doi:10.1098/rsnr.1975.0018. JSTOR 531468. 
  32. ^ Kikoin, İ. K.; Sominskiy, İ. S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi (İngilizce). 3 (5), s. 798-809. Bibcode:1961SvPhU...3..798K. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812. 
  33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, S. K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics (İngilizce). 18 (2), s. 225-290. Bibcode:1946RvMP...18..225G. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
  34. ^ a b c Smirnov, B. M. (2003). Physics of Atoms and Ions (İngilizce). Springer. ss. 14-21. ISBN 978-0-387-95550-6. 
  35. ^ Pais, Abraham (1991). Niels Bohr's Times, In Physics, Philosophy and Polity (İngilizce). Oxford: Clarendon Press. ss. 146-149. ISBN 978-0-19-852049-8. 
  36. ^ Lewis, Gilbert (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society (İngilizce). 38 (4), s. 762-786. doi:10.1021/ja02261a002. 
  37. ^ Arabatzis, T.; Gavroglu, K. (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics (İngilizce). 18 (3), s. 150-163. Bibcode:1997EJPh...18..150A. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
  38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society (İngilizce). 41 (6), s. 868-934. doi:10.1021/ja02227a002. 
  39. ^ Scerri, E. R. (2007). The Periodic Table (İngilizce). Oxford University Press. ss. 205-226. ISBN 978-0-19-530573-9. 
  40. ^ Massimi, M. (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle (İngilizce). Cambridge University Press. ss. 7-8. ISBN 978-0-521-83911-2. 
  41. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Naturwissenschaften (Almanca). 13 (47), s. 953-954. Bibcode:1925NW.....13..953E. doi:10.1007/BF01558878. 
  42. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik (Almanca). 16 (1), s. 155-164. Bibcode:1923ZPhy...16..155P. doi:10.1007/BF01327386. 
  43. ^ Karplus, Robert (1969). Introductory Physics (İngilizce). W. A. Cummings. s. 217. 
  44. ^ Falkenburg, B. (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality (İngilizce). Springer. s. 85. ISBN 978-3-540-33731-7. 
  45. ^ Thomson, G. P.; Reid, A. (18 Haziran 1927). "Diffraction of Cathode Rays by a Thin Film". Nature (İngilizce). 119 (3007), s. 890. doi:10.1038/119890a0. 
  46. ^ "Lester Halbert Germer". Encyclopædia Britannica (İngilizce). 23 Ocak 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  47. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik (Almanca). 385 (13), s. 437-490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302. 
  48. ^ Rigden, J. S. (2003). Hydrogen (İngilizce). Harvard University Press. ss. 59-86. ISBN 978-0-674-01252-3. 
  49. ^ Reed, B. C. (2007). Quantum Mechanics (İngilizce). Jones & Bartlett Publishers. ss. 275-350. ISBN 978-0-7637-4451-9. 
  50. ^ Dirac, P. A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society A (İngilizce). 117 (778), s. 610-624. Bibcode:1928RSPSA.117..610D. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
  51. ^ Dirac, Paul (1930). "A Theory of Electrons and Protons". Proceedings of the Royal Society A (İngilizce). Royal Society Publishing. 126 (801), s. 360-365. Bibcode:1930RSPSA.126..360D. doi:10.1098/rspa.1930.0013. JSTOR 95359. 
  52. ^ Greiner, Walter (2000). Relativistic Quantum Mechanics. Wave Equations (İngilizce) (3. bas.). Springer Verlag. ISBN 3-5406-74578. 
  53. ^ Anderson, C. D. (1933). "The Positive Electron". Physical Review (İngilizce). 43 (6), s. 491-494. Bibcode:1933PhRv...43..491A. doi:10.1103/PhysRev.43.491. 
  54. ^ Lamb, Willis E.; Retherford, Robert C. (1947). "Fine Structure of the Hydrogen Atom by a Microwave Method". Physical Review (İngilizce). 72 (3), s. 241-243. Bibcode:1947PhRv...72..241L. doi:10.1103/PhysRev.72.241. 
  55. ^ Kusch, P.; Foley, H. M. (1948). "The Magnetic Moment of the Electron". Physical Review (İngilizce). Cilt 74, s. 250. Bibcode:1948PhRv...74..250R. doi:10.1103/PhysRev.74.250. 
  56. ^ Schwinger, J. (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron" (PDF). Physical Review (İngilizce). 73 (4), s. 416. Bibcode:1948PhRv...73..416S. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
  57. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders" (PDF) (İngilizce). Stanford Üniversitesi. 3 Haziran 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. 
  58. ^ Kerst, D. W. (1940). "Acceleration of Electrons by Magnetic Induction". Physical Review (İngilizce). 58 (9), s. 841. Bibcode:1940PhRv...58..841K. doi:10.1103/PhysRev.58.841. 
  59. ^ Kerst, D. W. (1941). "The Acceleration of Electrons by Magnetic Induction" (PDF). Physical Review (İngilizce). Cilt 60, s. 47-53. Bibcode:1941PhRv...60...47K. doi:10.1103/PhysRev.60.47. 
  60. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review (İngilizce). 71 (11), s. 829-830. Bibcode:1947PhRv...71..829E. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
  61. ^ Elder, F. R.; ve diğerleri. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review (İngilizce). 71 (11), s. 829-830. Bibcode:1947PhRv...71..829E. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
  62. ^ Hoddeson, L.; ve diğerleri. (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s (İngilizce). Cambridge University Press. ss. 25-26. ISBN 978-0-521-57816-5. 
  63. ^ Bernardini, C. (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective (İngilizce). 6 (2), s. 156-183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
  64. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments" (İngilizce). Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi. 2008. 13 Şubat 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  65. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier (İngilizce). 40 (10). 2000. 
  66. ^ Frampton; Hung, P. Q.; Sher, Marc (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports (İngilizce). 330 (5-6), s. 263-348. arXiv:hep-ph/9903387 $2. Bibcode:2000PhR...330..263F. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
  67. ^ a b Raith, W.; Mulvey, T. (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles (İngilizce). CRC Press. ss. 777-781. ISBN 978-0-8493-1202-1. 
  68. ^ a b c d e f g h i Mohr, P. J.; Taylor, B. N.; Newell, D. B. (2008). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics (İngilizce). 80 (2), s. 633-730. arXiv:0801.0028 $2. Bibcode:2008RvMP...80..633M. CiteSeerX 10.1.1.150.1225 $2. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. 
  69. ^ "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values (İngilizce). Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü. 12 Haziran 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  70. ^ Zombeck, M. V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (İngilizce) (3. bas.). Cambridge University Press. s. 14. ISBN 978-0-521-78242-5. 
  71. ^ Murphy, M. T.; ve diğerleri. (2008). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science (İngilizce). 320 (5883), s. 1611-1613. arXiv:0806.3081 $2. Bibcode:2008Sci...320.1611M. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. 
  72. ^ Zorn, J. C.; Chamberlain, G. E.; Hughes, V. W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review (İngilizce). 129 (6), s. 2566-2576. Bibcode:1963PhRv..129.2566Z. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
  73. ^ a b Odom, B.; ve diğerleri. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters (İngilizce). 97 (3), s. 030801. Bibcode:2006PhRvL..97c0801O. doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. PMID 16907490. 
  74. ^ Anastopoulos, C. (200). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics (İngilizce). Princeton University Press. ss. 261-262. ISBN 978-0-691-13512-0. 
  75. ^ Eichten, E. J.; Peskin, M. E.; Peskin, M. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters (İngilizce). 50 (11), s. 811-814. Bibcode:1983PhRvL..50..811E. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
  76. ^ Gabrielse, G.; ve diğerleri. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters (İngilizce). 97 (3), s. 030802(1-4). Bibcode:2006PhRvL..97c0802G. doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. PMID 16907491. 
  77. ^ a b Curtis, L. J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach (İngilizce). Cambridge University Press. s. 74. ISBN 978-0-521-53635-6. 
  78. ^ Dehmelt, H. (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta (İngilizce). Cilt T22, s. 102-110. Bibcode:1988PhST...22..102D. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
  79. ^ Gabrielse, Gerald. "Limit on Electron Substructure" (İngilizce). Harvard Üniversitesi. 10 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  80. ^ Meschede, D. (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics (İngilizce). Wiley-VCH. s. 168. ISBN 978-3-527-40364-6. 
  81. ^ Steinberg, R. I.; ve diğerleri. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D (İngilizce). 61 (2), s. 2582-2586. Bibcode:1975PhRvD..12.2582S. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
  82. ^ Agostini, M.; ve diğerleri. (Borexino işbirliği) (2015). "Test of Electric Charge Conservation with Borexino". Physical Review Letters (İngilizce). 115 (23), s. 231802. arXiv:1509.01223 $2. Bibcode:2015PhRvL.115w1802A. doi:10.1103/PhysRevLett.115.231802. PMID 26684111. 
  83. ^ Beringer, J. (Particle Data Group); ve diğerleri. (2012). "Review of Particle Physics: [electron properties]" (PDF). Physical Review D (İngilizce). 86 (1), s. 010001. Bibcode:2012PhRvD..86a0001B. doi:10.1103/PhysRevD.86.010001. 
  84. ^ Back, H. O.; ve diğerleri. (2002). "Search for electron decay mode e → γ + ν with prototype of Borexino detector". Physics Letters B (İngilizce). 525 (1-2), s. 29-40. Bibcode:2002PhLB..525...29B. doi:10.1016/S0370-2693(01)01440-X. 
  85. ^ Feynman, Richard P.; Leighton, Robert B.; Sands, Matthew (1965). The Feynman Lectures on Physics (İngilizce). 3. Addison-Wesley. s. 15. ISBN 978-0201021189. 
  86. ^ a b c d Munowitz, M. (2005). Knowing, The Nature of Physical Law (İngilizce). Oxford University Press. ss. 162-218. ISBN 978-0-19-516737-5. 
  87. ^ Kane, G. (9 Ekim 2006). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American (İngilizce). 19 Eylül 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  88. ^ Taylor, J. (1989). "Gauge Theories in Particle Physics". Davies, Paul (Ed.). The New Physics (İngilizce). Cambridge University Press. s. 464. ISBN 978-0-521-43831-5. 
  89. ^ a b Genz, H. (2001). Nothingness: The Science of Empty Space (İngilizce). Da Capo Press. ss. 241-243, 245-247. ISBN 978-0-7382-0610-3. 
  90. ^ Gribbin, J. (25 Ocak 1997). "More to electrons than meets the eye". New Scientist (İngilizce). 11 Şubat 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  91. ^ Levine, I.; ve diğerleri. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters (İngilizce). 78 (3), s. 424-427. Bibcode:1997PhRvL..78..424L. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
  92. ^ Murayama, H. (10-17 Mart 2006). Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic. Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories (İngilizce). La Thuile. arXiv:0709.3041 $2. Bibcode:2007arXiv0709.3041M. 
  93. ^ Schwinger, J. (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review (İngilizce). 73 (4), s. 416-417. Bibcode:1948PhRv...73..416S. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
  94. ^ Foldy, L. L.; Wouthuysen, S. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review (İngilizce). 78 (1), s. 29-36. Bibcode:1950PhRv...78...29F. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
  95. ^ Sidharth, B. G. (2009). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics (İngilizce). 48 (2), s. 497-506. arXiv:0806.0985 $2. Bibcode:2009IJTP...48..497S. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. 
  96. ^ Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (İngilizce) (3. bas.). Prentice Hall. ss. 58-61. ISBN 978-0-13-805326-0. 
  97. ^ Crowell, Benjamin (2000). Electricity and Magnetism (Light And Matter, Book 4) (İngilizce). Light and Matter. ss. 129-152. ISBN 978-0-9704670-4-1. 
  98. ^ Griffiths 1998, s. 429-434.
  99. ^ Munowitz 2005, s. 160.
  100. ^ Mahadevan, R.; Narayan, R.; Yi, I. (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". The Astrophysical Journal (İngilizce). Cilt 465, s. 327-337. arXiv:astro-ph/9601073 $2. Bibcode:1996ApJ...465..327M. doi:10.1086/177422. 
  101. ^ Rohrlich, F. (1999). "The Self-Force and Radiation Reaction". American Journal of Physics (İngilizce). 68 (12), s. 1109-1112. Bibcode:2000AmJPh..68.1109R. doi:10.1119/1.1286430. 
  102. ^ Georgi, H. (1989). "Grand Unified Theories". Davies, Paul (Ed.). The New Physics (İngilizce). Cambridge University Press. s. 427. ISBN 978-0-521-43831-5. 
  103. ^ Blumenthal, G. J.; Gould, R. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics (İngilizce). 42 (2), s. 237-270. Bibcode:1970RvMP...42..237B. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
  104. ^ Chen, S. -Y.; Maksimchuk, A.; Umstadter, D. (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature (İngilizce). 396 (6712), s. 653-655. arXiv:physics/9810036 $2. Bibcode:1998Natur.396..653C. doi:10.1038/25303. 
  105. ^ Beringer, R.; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review (İngilizce). 61 (5-6), s. 222-224. Bibcode:1942PhRv...61..222B. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
  106. ^ Buffa, A. (2000). College Physics (İngilizce) (4. bas.). Prentice Hall. s. 888. ISBN 978-0-13-082444-8. 
  107. ^ Eichler, J. (2005). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A (İngilizce). 347 (1-3), s. 67-72. Bibcode:2005PhLA..347...67E. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
  108. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry (İngilizce). 75 (6), s. 614-623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
  109. ^ Quigg, C. (4-30 Haziran 2000). The Electroweak Theory. TASI 2000: Flavor Physics for the Millennium (İngilizce). Boulder, Colorado. s. 80. arXiv:hep-ph/0204104 $2. Bibcode:2002hep.ph....4104Q. 
  110. ^ Mulliken, R.S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science. 157 (3784), s. 13–24. Bibcode:1967Sci...157...13M. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
  111. ^ Burhop, E.H.S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. Cambridge University Press. ss. 2–3. ISBN 978-0-88275-966-1. 
  112. ^ Grupen, C. (2000). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings. Cilt 536, s. 3–34. arXiv:physics/9906063 $2. doi:10.1063/1.1361756. 
  113. ^ Jiles, D. (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. ss. 280–287. ISBN 978-0-412-79860-3. 
  114. ^ Löwdin, P.O.; Erkki Brändas, E.; Kryachko, E.S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. ss. 393–394. ISBN 978-1-4020-1290-7. 
  115. ^ Pauling, L.C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd bas.). Cornell University Press. ss. 4–10. ISBN 978-0-8014-0333-0. 
  116. ^ McQuarrie, D.A.; Simon, J.D. (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. ss. 325–361. ISBN 978-0-935702-99-6. 
  117. ^ Daudel, R.; ve diğerleri. (1974). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry. 52 (8), s. 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. 
  118. ^ Weinberg, S. (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. ss. 15–16. ISBN 978-0-521-82351-7. 
  119. ^ Lou, L.-F. (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. ss. 162, 164. ISBN 978-981-238-461-4. 
  120. ^ Guru, B. S.; Hızıroğlu, H. R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. ss. 138, 276. ISBN 978-0-521-83016-4. 
  121. ^ Achuthan, M.K.; Bhat, K.N. (2007). Fundamentals of Semiconductor Devices. Tata McGraw-Hill. ss. 49–67. ISBN 978-0-07-061220-4. 
  122. ^ a b Ziman, J.M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. s. 260. ISBN 978-0-19-850779-6. 
  123. ^ Main, P. (June 12, 1993). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist. Cilt 1887, s. 30. Erişim tarihi: 2008-10-09. 
  124. ^ Blackwell, G.R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. ss. 6.39–6.40. ISBN 978-0-8493-8591-9. 
  125. ^ Durrant, A. (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. ss. 43, 71–78. ISBN 978-0-7503-0721-5. 
  126. ^ Staff (August 26, 2008). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. 12 Aralık 2011 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 2008-09-25. 
  127. ^ Adams, S. (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. s. 215. ISBN 978-0-7484-0840-5. 

Konuyla ilgili yayınlar[değiştir | kaynağı değiştir]