Курсовая, контрольная работа. Примеры выполнения

Электрон

    Электрон был открыт в 1897 г. Дж. Томсоном в экспериментах с катодными лучами. Было обнаружено, что  при электрическом разряде в газах образуются отрицательно заряженные частицы с малой массой. В таблице приведены основные характеристики электрона.

Спин,	1/2
Масса, МэВ	0.510998902+0.000000021
Электрический заряд, К	-(1.602176462+0.000000063)·10-19
Магнитный момент, B (B  = e/2mec)	1.001159652187+0.000000000004
Время жизни, лет	>4.2·1024
Лептонное число, Le	+1
Лептонные числа, ,	0

Этот набор квантовых чисел определяет взаимодействие электрона с другими частицами. То обстоятельство, что электрон является самой легкой отрицательно заряженной частицей, приводит к тому, что электрон - стабильная частица. Время жизни электрона по крайней мере больше 4.2*10²⁴ лет.
    Измерения тонкой структуры атомных спектров показали, что наряду с орбитальным моментом количества движения l электрон обладает еще и внутренним моментом количества движения - спином. Понятие спина электрона в 1925 г. было введено Д. Уленбеком и С. Гоудсмитом. Проекция спина электрона (1/2 в единицах ) на любое выделенное направление может принимать два значения  - +1/2 и -1/2. Полный момент количества движения электрона является векторной суммой орбитального и спинового моментов

= + .

В системе координат, в которой электрон покоится, орбитальный момент l = 0 и полный момент количества движения = .
    В модели Гаудсмита и Уленбека спин был введен искусственно для объяснения наблюдаемого в эксперименте тонкого расщепления спектральных линий атомов. Существование спина электрона 1/2 следует из релятивистского уравнения П. Дирака, полученного им в 1928 г. Четыре независимых решения уравнения Дирака в случае свободного движения соответствуют частице (электрону) и античастице (позитрону) с двумя возможными ориентациями спина относительно направления импульса - s_z = +1/2 и s_z = -1/2.
    Т.к. спин электрона 1/2, он является фермионом и подчиняется принципу Паули, запрещающему двум частицам находиться в одном квантовом состоянии. Принцип Паули определяет заполнение электронных оболочек атомов. Масса электрона (~0.511 МэВ) значительно меньше массы нуклона.

m_p/m_e~ 1840.

    На исследовании электромагнитных свойств электрона основаны фундаментальные эксперименты по проверке квантовой электродинамики. В частности поэтому такие характеристики электрона как заряд, масса, магнитный момент измерены с колоссальной точностью. В результате этих проверок не было обнаружено никаких отклонений от предсказаний квантовой электродинамики. Отсюда следует, что размер электрона меньше, чем 10^-17 см.
    Из релятивистского уравнения Дирака следовало, что электрон должен иметь античастицу с такой же массой, но с положительным электрическим зарядом. Такая частица - позитрон (e⁺) была обнаружена в составе космических лучей. Эксперименты по сравнению масс и электрических зарядов электрона и позитрона показали, что их массы не могут отличаться более, чем на 8*10^-11%, а заряды более, чем на 4*10^-11%.