Antik Yunanlarkehribarın,kürk ile sürtünmesi sonrasında küçük nesneleri çektiğini fark ettiler. Bu fenomen,şimşekle birlikte insanlığınelektrik hakkında kayıtlara geçmiş ilk deneyimiydi.[1] 1600'de yayımlananDe Magnete adlı eserindeWilliam Gilbert,Latincede kehribar anlamına gelen veYunancada da aynı anlamı taşıyan ἤλεκτρον (elektron)electrum kelimesinden esinlenerek, sürtünme sonrası küçük nesneleri çekme özelliğini tanımlayanYeni Latinceelectricus kelimesini türetti.[2][3]Thomas Browne'un 1646'da yayımlananPesudoxia Epidemica adlı eserinde, yine aynı kelimeler esas alınarak ilk defaİngilizcedekielectricity ifadesi kullanıldı.[2][3] Elektrik kelimesiTürkçeye,Fransızcada da aynı anlama gelenélectrique kelimesinden geçti.[4]
1733'te yayımlananSur l'électricité adlı eserindeCharles François de Cisternay du Fay,yüklüaltın varağınipek sürtülencam tarafından itildiğini, aynı yüklü altın varağınyün sürtülen kehribar tarafından ise çekildiğini gözlemlediğini yazdı. Buradan yola çıkarak du Fay,camsal ilekehribarsal adlarını verdiği iki türelektrik akışı içerdiği sonucuna vardı. Bu ikiakışkan, birleştirildiği vakit birbirini etkisiz hâle getiriyordu.[1][5] Bir müddet sonraEbenezer Kinnersley de bağımsız olarak aynı sonucu elde etti.[6] 10 yıl sonraBenjamin 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.[7] Franklin, yükün taşıyıcısını pozitif olarak düşündü, ancak hangi durumda yük taşıyıcısının fazlası ve hangi durumda yük taşıyıcısının eksiği olduğunu tanımlayamadı.[8]
1838 ve 1852 yılları arasındaRichard Laming;atomların, birim elektrik yüklerine sahipatomaltı parçacıklar tarafından çevrelenmiş maddenin özünün birleşimi olduğu fikrini ortaya attı.[9]Johnstone Stoney,elektroliz fenomenine dair çalışmalarının ardından 1874'te, "elektriğin tek kesin özelliği" olduğunu ve bunun datek değerlikliiyonun yükü olduğunu öne sürdü.Faraday'in elektroliz kanunları aracılığıyla butemel yükün (e) değerini tahmin edebilse de, bu yüklerin atomlara sabitlenmiş olduğuna ve ayrılamayacağına inanıyordu.[10] 1881'deHermann von Helmholtz, hem pozitif hem negatif yüklerin "elektriğin atomları gibi davranan" temel parçalara ayrıldığı fikrini ortaya attı.[11] 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 önerilenelektriyon (electrion) kelimesi,Hendrik Lorentz'inelektron'u kullanmaya devam etmesi nedeniyle kabul görmedi.[12][13]Elektron kelimesielektrik veiyon kelimelerinin birleşimiyle oluşturulmuştu.[14] Günümüzde, atomaltı parçacıkları tanımlamak için kullanılan-on eki de elektron kelimesinden sonra kullanılmaya başlandı.[15][16]
Sıradan ışıkla görülen (üstte) ve çalışır durumdaki, kendifloresansı ile aydınlanmış birCrookes tüpü. Elektronlar soldakikatottan düzgün bir şekilde ilerleyerek en sağdaki floresans yüzeye çarparak yeşil ışık yayar. Aşağıdaki kısım iseanottur.
Seyreltilmişgazlardaelektrik iletkenliği üzerine çalışmalarda bulunanJulius Plücker, 1859 yılında,katottan yayılanradyasyonun yol açtığıfosforesans ışığın, katodun yanındaki tüpte göründüğünü ve bu ışığın, manyetik alan uygulanmasına bağlı olarak hareket ettiğini gözlemledi.[17] 1869'daJohann Wilhelm Hittorf, katot ile tüpün duvarları arasında koyduğu katı bir cismin bir gölge oluşturduğunu tespit etti.[17] 1876'daEugen Goldstein, bu cismin gölgesinin cisimden daha büyük boyutlarda olduğunu gözlemleyerek fosforesansı oluşturan ışınların katottan direkt bir yol izleyerek geldiğini belirledi ve bu ışınlarakatot ışını (Almanca:Kathodenstrahlen) adını verdi.[17][18][19] 1869-1875 yılları arasındaWilliam Crookes, içerisine yüksekvakum olan birtüp geliştirdi. 1874'te, katot ışınlarının izlediği yola koyulan bir çarkın, ışınların etkisiyle döndüğünü gözlemleyerek bu ışınlarınmomentum taşıdığını ve katottananoda doğru hareket ettiğini gösterdi.[20] Işınlara uyguladığı manyetik alanla ise ışınları saptırmayı başararak bu ışınların negatif yüklüymüş gibi davrandığını tespit etti.[19] 1879'da, "radyant madde" olarak tanımladığı şeyle bu özelliklerin açıklanabileceğini ve maddenin, negatif yükle yüklenmiş olan yüksek hızla katottan tasarlanmışmoleküller dahil dört durumu olduğunu olduğunu ileri sürdü.[21]
Birmanyetik alanla halka içinde yönünden saptırılmış bir elektron demeti
Arthur Schuster, katot ışınlarına paralel iki metal levha yerleştirdi ve levhalar arasında birelektrik 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 bileşenlerininkütle-yük oranını tahmin etti. Ancak bu üretilen değer beklenenin bin katından fazlaydı, bu yüzden o dönemde kendisinin hesaplamaları yaygın bir biçimde kabul görmedi.[19] 1892'deHendrik Lorentz, bu parçacıkların (elektronların) kütlelerinin, onların elektrik yükünün bir sonucu olabileceği fikrini ortaya attı.[22][23]
1896'dafloresansmineraller üzerinde çalışmalar yürüttüğü sıralardaHenri Becquerel, bu minerallerin hiçbir dışsal enerji kaynağına maruz kalmadan radyasyon yaydıklarını keşfetti.[24] SonrasındaErnest Rutherford, bu radyoaktif malzemelerin parçacık yaydığını tespit ederek bu parçacıkları maddeye nüfuz etme özelliklerine görealfa vebeta olarak adlandırdı.[25] 1900'de Becquerel,radyumun yaydığı beta ışınlarının elektrik alanını saptırabileceğini ve kütle-yük oranlarının katot ışınlarındakinin aynısı olduğunu belirledi.[26] Bu bulgu, elektronların atomların bileşenleri olduğu fikri için bir kanıt oluşturuyordu.[27][28]
1897'deJ. J. Thomson,John Townsend veHarold Wilson, öncesinde düşünüldüğünün aksine katot ışınlarının dalga, atom veya molekülden farklı ve özgün parçacıklar olduğunu gösteren deneyler yaptı.[29] Thomson, katot ışın parçacıklarının bilinen en hafif iyon olanhidrojeninkinin binde biri olan kütlesinin (m) ve yükünün (e) doğru bir tahminini yaptı.[29] Yük-kütle oranının (e/m) katodun malzemesinden bağımsız olduğunu gösterdi. Devamında ise radyoaktif, sıcak veya aydınlatılmış malzemeler tarafından üretilennegatif yüklü parçacıkların evrensel olduğunu ispatladı.[29]Elektron ismi bir kez daha, Johnstone Stoney tarafından bu parçacıklar için önerildi ve ilerleyen dönemde evrensel olarak kabul gördü.[30]
1909'da gerçekleştirdikleri ve sonuçları 1911'de yayımlananyağ damlası deneyi sonrasındaRobert A. Millikan veHarvey 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.[29] 1911'de iseAbram İoffe'nin, metallerin yüklü mikroparçacıklarını kullanarak yaptığı ve Milikan ile aynı sonuca bağımsız olarak ulaştığı deneylerin sonuçları 1913'te yayımlandı.[31]
20. yüzyılın başlarında, belirli koşullar altında hızlı hareket eden yüklü parçacığın yolu boyuncaaşırı doymuşsu buharı yoğunluğuna yol açtığı keşfedildi. 1911'deCharles Wilson'ın tasarladığıbulut odasında bu prensip kullanıldı ve böylelikle hızlı hareket eden elektronlar gibi yüklü parçacıkların izleri fotoğrafladı.[32]
Bohr modeline göre n numarasıylakuantumlanan elektron durumlarını gösteren çizim. Alt yörüngelere düşen bir elektron yörüngeler arasındaki enerji farkı kadar foton yayar.
Ernest Rutherford,Henry Moseley,James Franck veGustav Hertz'in 1914'e kadar yaptıkları deneylerle, bir atomun yapısı düşük kütleli elektronla çevrili ve pozitif yüklerin yer aldığı yoğun birçekirdeği olarak tanımladı.[33] 1913'teNiels Bohr, elektronların çekirdekle ilgili elektron yörüngelerininaçısal 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. Bukuantumlanmış yörüngeler aracılığıyla, hidrojen atomunun buspektrum çizgilerini açıkladı.[34] Fakat Bohr'un modeli bu spektrum çizgilerinin göreli yoğunluklarını hesaplamada yanıldı ve daha karmaşık atomların spektrumlarını açıklamakta başarılı olamadı.[33]
Atomların arasındakikimyasal bağlar 1916 yılında, iki atom arasındakikovalent bağın aralarında paylaştıklarıelektron çiftleri tarafından korunduğunu ileri sürenGilbert Lewis tarafından açıklandı.[35] 1927'de,Walter Heitler veFritz London tarafından, elektron çiftlerinin oluşumu ile kimyasal bağların,kuantum mekaniği bağlamında tam açıklaması gerçekleştirildi.[36] 1919'da, Lewis'in statik atom modelini inceleyenIrving Langmuir, elektronların ardışık "konsentirik (neredeyse) küresel kabuklara dağılmış ve tamamının eşit kalınlıkta" olduğunu öne sürdü.[37] Kabukları, her biri birer elektron çifti içeren birkaç hücreye böldü. Bu modelle Langmuir, genellikle kendilerini periyodik kurallara göre tekrar edenperiyodik tablodaki bütünelementlerin niteliksel olarakkimyasal özelliklerini açıklamayı başardı.[38]
1924'teWolfgang 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.[39] 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 vemanyetik dipol momenti olduğunu belirtenSamuel Goudsmit veGeorge Uhlenbeck tarafından belirlendi[33][40] Bu içsel açısal momentum, ilerleyen dönemlerdespin olarak adlandırıldı ve yüksek çözünürlüklüspektrografla gözlemlenen spektrum çizgilerinin daha önceleri nedeni bilinmeyen ve sonradanince yapı bölünmesi olarak adlandırılan bir şekilde bölünmesini açıkladı.[41]
Kuantum mekaniğinde, bir atomdaki bir elektronun davranışı yörüngeden ziyade, bir dağılım olasılığı olan orbital tarafından tanımlanır. Çizimde, taralı alan o noktadaki verilenkuantum sayısıyla ilgili enerjiye sahip olarak göreli elektron bulma ihtimali gösterilir.
1924 tarihliRecherches sur la théorie des quanta adlı çalışmasındaLouis de Broglie, bütün maddelerinışık gibi birdalgaya sahip olduğunu hipotezleştirdi.[42] Bulgulara göre uygun koşullar altındaki elektronlar ve diğer maddeler ya dalga ya da parçacık özellikleri gösteriyordu. Bir parçacığınparçacık özellikleri, verilen anda onun eğik hareketi boyunca uzayda yerleştirildiği konumu olduğu gösterilince ortaya çıkar.[43] 1927'de yaptıkları deneylerleGeorge Thomson, metal bir folyodan bir elektron demetinin geçmesiyle;Clinton Davisson ileLester Germer isenikel kristalinden elektronların yansımasıyla elektronungirişim etkisini keşfetti.[44][45]
De Broglie'nin elektronların dalga yapısı öngörüsü sonrasındaErwin Schrödinger, atom çekirdeğinin etkisi altında hareket eden elektronlar için 1926'da oluşturduğudalga denklemiyle elektron dalgalarının nasıl yayıldığını tanımladı.[46] 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'teWerner 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.[47] Spin ve çoklu elektronlar arasındaki etkileşimin tanımlanmasının ardından, kuantum mekaniği sayesinde hidrojenden daha yüksekatom numarasına sahip atomlardaki elektronların diziliminin öngörülmesi mümkün kılındı.[48]
1928'dePaul Dirac, Wolfgang Pauli'nin çalışmasını temel alarakgörelilik teorisiyle uyumlu olan, kuantum mekaniğinin elektromanyetik alanınınhamilton formülasyonuna göreli ve simetrik kavrayışları uygulayarakDirac denklemi olarak adlandırılan bir elektron modeli oluşturdu.[49] Göreli denklemindeki bazı sorunları çözme amacıyla 1930'da, negatif enerjili parçacıklardan oluşan sonsuz bir deniz olan ve sonralarıDirac denizi olarak adlandırılan bir vakum modeli geliştirdi. Bu sayede elektronun benzerantimaddesipozitronun varlığını öngördü.[50][51] Bu parçacık 1932'de, standart elektronlaranegaton diyen veelektron kelimesini pozitif ve negatif yüklü parçacıkları tanımlamak için kullanmayı önerenCarl Anderson tarafından keşfedildi.[52]
İlk yüksek enerjiçarpıştırıcı, 1,5 GeV enerji demetiyle 1968'de hizmete girenADONE'ydi.[59] Alet, elektronları ve pozitronları ters yönlerde, çarpışma enerjilerini bir elektronlu durağan bir hedefe çaptığındakinin iki katına çıkararak hızlandırıyordu.[60] 1989'dan 2000'e kadar etkin olanAvrupa Nükleer Araştırma MerkezindekiBüyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı, 204 GeV değerinde enerjiye ulaşan çarpışmalar gerçekleştirmeyi başardı.[61][62]
Temel parçacıklarınStandart Model'i. Soldan birinci sütunun üstten üçüncü satırındae simgesi ile gösterilen elektron yer alır.
Parçacık fiziğininStandart Model'inde elektronlar,temel parçacıklar olduklarına inanılanlepton adlı atomaltı parçacık grubuna dahildirler. Elektronlar, yüklü herhangi bir leptondan ya da elektrik yüklenmiş herhangi bir tür parçacıktan daha düşükkütleye sahiptir ve temel parçacıkların ilknesline aittir.[63] İkinci ve üçüncü nesillerdeki yüklü leptonlar olanmüon vetau; yük, spin veetkileşim açısından elektronlar ileözdeş olsalar da daha büyük boyuttadırlar. Leptonlar, maddenin diğer basit bileşenlerinden olankuarklardan,güçlü etkileşimi olmaması bakımından ayrılırlar. Lepton grubunun tüm üyeleri gibi elektronlar,yarım tam sayı spine (1/2) sahip olduklarından birerfermiyondur.[64]
Elektronlar,-1,602176634×10-19coulomb kadarelektrik yüküne sahiptir.[65] Deneysel hassasiyet sınırları içinde elektronun yükü, protonunkinin aynısının zıt işaretlisidir.[67] Temel yük içine simgesinin kullanılması nedeniyle elektron, genellikle e- şeklinde, negatif yükü temsil eden eksi işaretiyle birlikte simgeler. Elektronla aynı özelliklere sahip olan ve elektronun aksine pozitif yüke sahip olan elektronun antiparçacığı pozitron ise e+ şeklinde gösterilir.[64][65]
Elektronların, spin olarak adlandırılan içselaçısal momentumu1/2'dir.[65] Bu spin değerine sahip parçacıklar için spin büyüklüğü ±ħ/2 kadardır ve herhangi bir eksendeki spininizdüşüm ölçümlerinin sonuçları yalnızca√3/2ħ olabilir.[c] Spine ek olarak elektron, spin ekseni boyunca içsel birmanyetik momente sahiptir.[65] Bu değer yaklaşık olarak birBohr magnetonuna denk gelen9,2847647043(28)×10-24joule/tesla kadardır.[65][69][d] Elektronun momentumuna göre spinin yönünün belirlenmesi olayı, temel parçacıklarınsarmallık olarak bilinen özelliğini ifade eder.[70]
Elektronun bilinen biralt yapısı yoktur[71][72] ve uzamsal bir kapsamı olmayan, noktasal yüke sahipnokta parçacık olarak kabul edilir.[73]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 edenPenning tuzağındaki deneysel gözlemlerle ters düşüyor gibi gözükebilir. Elektronunyarıçapı konusu, modern teorik fizikte birtakım sorunlara yol açar. Elektronun sonlu bir yarıçapı hipotezinin kabulü, görelilik teorisinin önermeleriyle uyumsuzdur. Diğer yandan, nokta benzeri elektron (sıfır yarıçaplı) sonsuzluğa yönelen elektronunöz enerjisi nedeniyle matematiksel zorlulara yok açar. Bir Penning tuzağındaki tek bir elektronda, parçacığın yarıçapının üst sınırının 10−22 metre olduğunu gözlemlenmiştir.[74] Enerjidekibelirsizlik ilkesi kullanılarak üst sınırın 10−18 metre olduğu da söylenebilir.[75] Protonun yarıçapından fazla, klasik elektron yarıçapı denilen çok daha fazla değeri olan2,8179×10-15 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 yansıtmaz.[76][e]
Elektron, bazı temel parçacıkların aksine teorik temellerde kararlıdırlar ve daha küçük boyutlu parçacıklarabozunmazlar. Sıfırdan farklı elektrik yüküne sahip parçacıklar arasında en düşük boyuta sahip olan elektronların bozunması,yük korunumunu ihlal etmesi anlamına gelecektir.[78] Elektronun deneyselortalama yaşam süresi için alt sınır, %90güvenilirlikle6,6×1028 yıldır.[79][80][81]
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 davranabilirler. Bunadalga-parçacık ikiliği denir veçift yarık deneyi kullanarak gösterilebilir.[82] Elektronun dalga benzeri yapısı klasik parçacıklardaki gibi tek yarık yerine, paralel yarıklarından aynı anda geçmesine izin verir. Kuantum mekaniğinde bir parçacığın dalga benzeri özelliği genellikleψ simgesiyle gösterilir vekarmaşık değerlidalga fonksiyonu ile matematiksel olarak tanımlanabilir. Bu fonksiyonunmutlak değerininkaresi alındığında, bir parçacığın bir konumunun yakınında gözlemlenme (olasılık yoğunluğu) ihtimalini verir.[83]
Birçift yarık deneyi sonucunda elde edilen tek elektronlarıngirişim örüntüsü. Elektron sayıları sırasıyla 200 (b), 6000 (c), 40.000 (d) ve 140.000 (e) kadardır.
Elektronlar, içsel özelliklerine bakılarak birbirlerinde ayrılamadıkları içinözdeş parçacıklardır. Kuantum mekaniğinde bu, etkileşen bir çift elektronun konumlarının, sistemin durumunda gözlemlenebilir hiçbir değişiklik olmadan değiştirilebileceği anlamı taşır. Elektronlar dahil fermiyonların dalga fonksiyonu antisimetriktir. Bu sayede iki elektron,r1 ver2 sırasıyla birinci ve ikinci elektronları ifade edecek biçimde,ψ(r1,r2) = -ψ(r2,r1) denklemine göre yer değiştirdiğinde elektronların işaretleri de değişir. Simge değişiminde mutlak değerlerde değişim yaşanmadığından olasılıklar eşittir.[83] Antisimetri durumunda, elektronların etkileşimi için dalga denkleminin çözümleri bir çiftin aynı yeri veya durumunu kapsamasısıfır olasılıkla sonuçlanır. Bir atomdaki bağlı elektron gruplarının aynıyörüngede birbirleriyle çakışması yerine farklı yörüngelerde bulunması, iki elektronun aynı kuantum durumunda olmasını engelleyen Pauli dışlama ilkesiyle açıklanabilir.[83]
Sanal elektron-pozitron çiftlerinin bir elektronun yakınında rastgele görünmesinin şematik bir tasviri
Her foton, sonrasında hızlıcaannihilasyona uğrayansanal elektron ile antiparçacığı sanal pozitronu birlikte barındıracak şekilde bir süreliğine var olur.[84] Enerji çeşitliliğinin birleşiminin bu parçacıkları üretmesi ve var oldukları süre boyunca, ΔE · Δt ≥ ħ formülüylebelirsizlik ilkesinde açıklanan keşfedilebilirlik eşiğine dahil olması gerekse de gerçekte, bu sanal parçacıkların üretimi için gerekli enerji olan ΔE, Δt boyuncavakumdan "ödünç" alınır ve bu sayede ürünleriindirgenmiş Planck sabitinden (ħ ≈6,6×10-16 eV·s) daha büyük olamaz. Bu durumda sanal bir elektron için Δt değeri en fazla1,3×10-21 s olabilir.[85]
Sanal bir elektron-pozitron çifti varken, bir elektronu çevreleyen elektrik alanından gelenCoulomb kuvveti, özgün elektronun oluşturulan pozitronu çekmesine, oluşturulan elektronu ise itmesine yol açar. Bu sayedevakum kutuplaşması olarak adlandırılan olay meydana gelir. Gerçekte vakum, bir birimden fazladielektrik geçirgenliğine sahip bir ortam gibi davranır. Böylece, etkin değeri, gerçek değerinden düşük olan elektronun yükü, kendisinden uzaklaştıkça düşer.[86][87] Bu kutuplaşma,TRISTAN parçacık hızlandırıcısı kullanılarak 1997 yılında deneysel olarak kanıtlanmıştır.[88] Sanal parçacıklar elektronun kütlesi için benzer birperdeleme etkisi oluştururlar.[89]
Sanal parçacıklarla etkileşim, elektronun içsel manyetik momentumunun Bohr magnetonundan %0,1 kadarsapmasını da açıklar.[69][90] Noktasal bir parçacık olan elektronun içsel açısal momentuma ve manyetik momente sahip olması nedeniyle klasik fizikparadoksu, elektron tarafından üretilen elektrik alanındaki sanal fotonların oluşturulmasıyla açıklanabilir. Bu fotonlar,titreşim hareketi olarak adlandırılan elektronların yer değiştirmesi olayına neden olur.[91] Bu hareket, elektronun hem spinini hem de manyetik momentumunu üretir.[73][92] Atomlarda bu sanal parça üretimi,spektrum çizgilerinde gözlenenLamb kaymasını da açıklar.[86]
Bir elektronun ürettiği elektrik alanı, pozitif yüklü parçacıklara çekme, negatif yüklü parçacıklara ise itmekuvveti uygular. Bu kuvvetin gücünün büyüklüğü Coulomb kanunuyla saptanır.[93] Elektronlar, hareket hâlindeyken manyetik alan oluştururlar.[83] Manyetik alan ile elektronların kütle hareketleri (akım) arasındaki ilişkiAmpère kanunu ile açıklanır.İndüksiyonun bu özelliği, birelektrik motorunu harekete geçiren manyetik alanı sağlar.[94] Rastgele hareket eden yüklü bir parçacığın elektromanyetik alanı, parçacığın hızı ışığınkine (göreli) yakın olduğunda dahi geçerli olanLiénard-Wiechert potansiyelleriyle açıklanır.[95]
Çizimde,q yüklü bir parçacık (solda), izleyiciye doğru konuşlanmışB manyetik alanına doğruv hızı ile ilerler. Bir elektron içinq değeri negatiftir ve elektron, yukarıya doğru eğimli bir yol izler.
Manyetik bir alana doğru hareket eden bir elektron, hızı ile manyetik alana bağlı olan ve düzleme dik etki edenLorentz kuvvetine maruz kalır. Bumerkezcil kuvvet nedeniyle elektron,eylemsizlik yarıçapı denilen bir yarıçapa sahip alana doğrusarmal bir yörünge izler. Bu eğimli hareketin ivmesi elektronun sinkrotron radyasyonu biçiminde enerji yaymasına yol açar.[96][97][f] Elektronun alanının, kendisi üzerindeki karşı tepkiden kaynaklananAbraham-Lorentz-Dirac kuvveti olarak bilinensürtünme kuvveti ise, elektronu yavaşlatır.[98]
Biratom çekirdeğininelektrik alanı tarafından saptırılan bir elektron (e) tarafından üretilenBremsstrahlung gösterilir.E2-E1 enerji değişimi, yayılan fotonun frekansını (f) belirler.
Fotonlar, parçacıklar arasındaki etkileşimi sağlarlar. Sabit bir hızda izole edilmiş bir elektronun, enerji ve momentumun korunumu kanunlarını ihlal etmiş olacağından gerçek bir fotonu emmesi ya da yayması mümkün değildir. Bunun yerine sanal fotonlar, iki yüklü parçacık arasında momentum aktarımı yapabilirler. Sanal fotonların bu değişimi Coulomb kuvvetini üretir.[99] Hareket eden bir elektronun, proton gibi yüklü bir parçacık tarafından saptırılmasıyla enerji salınımı gerçekleşebilir. Elektronun ivmelenmesi,Bremsstrahlung radyasyonunun salınımı ile sonuçlanır.[100]
Bir foton ile serbest bir elektron arasında yaşananesnek olmayan çarpışmayaCompton saçılması denir. Bu çarpışma ile parçacıklar arasında momentum ve enerji aktarımı yaşanarak fotonun dalga boyu, Compton kayması olarak adlandırılan miktar kadar değişir.[g] Bu dalga boyu değişiminin en büyük değeri,Compton dalga boyu olarak bilenenh/mec formülüyle tanımlanır ve elektronlar için bu değer yaklaşık2,43×10-12 m kadardır.[65] 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 adlandırılır.[102]
Elektron ve proton gibi iki yüklü parçacık arasındaki elektromanyetik etkileşimin göreli gücü,ince yapı sabiti ile verilir. 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 olarak1/137'e eşittir.[65]
Elektronlar ile pozitronlar çarpıştığında, toplam enerjisi 1,022 MeV olan iki ya da daha fazlagama ışını fotonu ortaya çıkararak birbirleriniyok ederler. Elektron ve pozitronun ihmal edilebilecek derecede bir momentuma sahip olmaları durumunda, annihilasyon tamamlanmadan önce birpozitronyum atomu da oluşabilir.[103][104] 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 dönüşebilir.[105][106]
Elektrozayıf etkileşim teorisine göre, elektronun dalga fonksiyonunsola dönen bileşeni ile elektronnötrino birzayıf izospin çifti meydana getirir ve bu,zayıf etkileşimler süresince elektron nötrinolarının elektron gibi davrandıkları anlamına gelir. Bu çiftin herhangi bir üyesi, birW bozonu yayarak ya da emerek biryüklü 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 atomdakibeta bozunmasından sorumludur. Hem elektron ve hem deelektron nötrinosu, Z0 değişimi sayesindenötr akım etkileşimine maruz kalmakta ve bu sayede nötrino-elektronesnek saçılması ortaya çıkar.[107]
İlk birkaçhidrojen atomuorbitali için olasılık yoğunluklarının kesit gösterimi. Bağ elektronun enerji seviyesi, yer aldığı orbitali belirler. Renkler ise verilen konumda elektron bulma olasılığını gösterir.
Elektronlar, çekici Coulomb kuvvetiyle bir atomun çekirdeğine bağlanabilirler. Bir çekirdeğe bağlı bir ya da daha fazla elektronun oluşturduğu sistemeatom, elektron sayısının, atom çekirdeğinin elektrik yükünden farklı olduğu atomlara iseiyon denir. Bağlı elektronun dalga benzeri davranışları,atomik orbital işleviyle açıklanır. Her orbitalin kendisine ait enerji, açısal momentum ve açısal momentumun izdüşümü gibi kuantum sayıları vardır ve sadece bu orbitallerin ayrık grupları çekirdeğin etrafında var olabilir. Pauli dışarlama ilkesine göre her bir orbital,spin kuantum sayısı farklı olan en fazla iki elektron içerebilir.[108]
Elektronlar, potansiyel farkıyla aynı enerjili fotonların salınması ya da emilmesiyle farklı orbitallereaktarılabilirler.[109] Elektronlar gibi parçacıklarla çarpışmalar veAuger etkisi ile de aktarım gerçekleşebilir.[110] Bir elektronun atomdan ayrılması için, kendisini atoma bağlayanbağ enerjisinin üstünde bir enerji gerekir. Bu durum, atomun iyonlaşma enerjisini aşan bir uyarıcı fotonun elektron tarafından emildiğifotoelektrik etkisiyle oluşabilir.[111]
Elektronların orbital açısal momentumukuantumlanmıştır. Yüklü bir parçacık olmasından dolayı elektron, açısal momentumlaa orantılı bir orbital manyetik momentum da meydana getirir. Atomun net manyetik momenti, çekirdek ile tüm elektronların spin manyetik momentlerininvektörel toplamına eşittir. Çekirdeğin manyetik momenti, elektronlarınkine kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir. Aynı orbitalde yer alan elektronların (çiftlenmiş elektronlar denir) manyetik momentleri birbirlerini yok eder.[112]
Atomlar arasındaki kimyasal bağ, kuantum mekaniği kanunlarıyla tanımlanan elektromanyetik etkileşimlerin sonucunda ortaya çıkar.[113] Atomlar arasında elektronpaylaşımı ya da aktarımıyla meydana gelen en güçlü bağlar, molekülleri oluşturur.[114] Bir moleküldeki birkaç çekirdeğin etkisinde hareket eden elektronlar,moleküler orbitallerin yanı sıra, izole atomların atomik orbitallerinde yer alırlar.[115] Bu moleküler yapılardaki temel etmen,elektron çiftlerinin varlığıdır. Bu elektronlar, zıt spinli olduklarından Pauli dışarlama ilkesini ihlal etmeden aynı moleküler orbitalde bulunabilirler. Moleküler orbitallerdeki elektron yoğunlukları, farklı uzamsal dağılımlarına sahiptir. Örneğin, atomları bir araya bağlayan çiftler gibi bağlı çiftlerdeki elektronlar, çekirdeklerin arasındaki görece küçük hacimli bölgede daha yüksek yoğunlukta bulunur. Tam aksine, bağlı olmayan elektron çiftleri, çekirdeğin etrafındaki görece büyük hacimli bölgeye dağılmıştır.[116]
Bir yapının çekirdeklerindeki proton sayısı elektron sayısından fazlaysa yapı pozitif, tersi durumda ise negatif yüklüdür. Elektron ve protonların sayısı aynı ise yükleri birbirlerini sıfırlar ve yapı, elektriksel olarak nötr olur.Makroskobik yapılarsürtünme ile elektriklenebilirler.[120]
Vakumda hareket eden bağımsız elektronlar, serbest elektron olarak tanımlanır.Metallerdeki elektronlar da serbestlermiş gibi davranır. Gerçekte ise metal ve diğer katılardaki elektron olarak adlandırılan parçacıklarasanki elektron denir ve gerçek elektronlar ile aynı elektrik yükü, spin ve manyetik momente sahip olsa da kütle açısından farklılık gösterebilirler.[121] Hem metal hem de vakumdaki serbest elektronlar hareket ettiklerinde, manyetik alan üreten veelektrik akımı olarak adlandırılan net bir yük akışı oluştururlar. Manyetik alan değişimi ile de elektrik akımı yaratılabilir. Bu etkileşimler, matematiksel olarakMaxwell denklemleriyle tanımlanırlar.[122]
Belirli bir sıcaklıkta her malzeme,elektrik potansiyelinin uygulandığında meydana gelen elektrik akımının değerini belirleyen birelektrik iletkenliğine sahiptir.Dielektrik malzemelerde elektronlar kendi atomlarına bağlı kalırken malzemeler de biryalıtkan gibi davranır. Çoğuyarı iletken malzeme, yalıtmanın ve iletmenin sınırları arasında olan farklı iletkenlik seviyesine sahiptir.[123] Diğer yandanmetaller, kısmen doluelektronik bantlardan oluşan bir yapıya sahiptir. Bu bantların varlığı, metallerdeki elektronların serbest veyayöresizleşmiş elektronlarmış gibi davranmalarına yol açar. Bu elektronlar belli atomlarla ilişkilendirilmemiş olduklarından, bir elektrik alanı uygulandığında, serbest elektronlara benzer şekilde malzemeye doğru gaz gibi (Fermi gazı denir) gibi hareket etmekte serbesttir.[124]
Elektronlar ile atomlar arasındaki çarpışmalardan dolayı bir iletkendeki elektronlarınsürüklenme hızı saniyede milimetreler bazındadır. Malzemenin bir noktasındaki akımın değişmesi ile diğer bölümlerindeki akımların da değişmesine neden olanhız faktörü, ışık hızının %75'i kadardır.[125] Bu durum elektrik sinyallerinin, malzemenindielektrik sabitine bağımlı bir hızla dalga gibi yayılması nedeniyle gerçekleşir.[126]
Hareket alanı genişleyen elektronların atomlar arasındaki ısı enerjisini taşımak için serbest bir şekilde hareket etmelerinden dolayı metaller, göreceısıyı iyi iletirler. Metallerin ısı iletkenlikleri, elektrik iletkenliklerinin aksine sıcaklıktan neredeyse bağımsızdır. Bu durum matematiksel olarak, ısı iletkenliğinin elektrik iletkenliğine oranının sıcaklıkla orantılı olduğunu söyleyenWiedemann-Franz kanunuyla açıklanır.[124] Metalik kafesteki ısı düzensizliği, elektrik akımına bağımlı sıcaklık üreterek metalin elektrik direncini artırır.[127]
Malzemeler,kritik sıcaklık denilen noktanın altındaki bir noktaya kadar soğutulunca, elektrik akımına karşı tüm dirençlerini kaybettiklerisüperiletkenlik olarak adlandırılan faz değişimine uğradıkları bir sürece girerler.BCS teorisinde,Cooper çifti olarak adlandırılan elektron çiftleri,fonon olarak adlandırılan örgü titreşimleriyle yakınlarında bulunan maddeyle hareketlerini eşleştirerek normalde elektrik direnci oluşturan atomlarla çarpışmaktan kaçınırlar (Cooper çiftlerinin yarıçapı 100 nm kadar olduğundan birbirleriyle üst üste binmeleri mümkündür).[128]
İletken katıların içindeki elektronlar, sözde parçacıktır vemutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda sıkıca hapsedildiklerinde;spinon,orbiton veholonlar olmak üzere üç farklı sanki parçacığa bölünmüş gibi davranırlar. Spinonlar spin ve manyetik moment, orbitonlar orbital konum, holonlar ise elektrik yükü taşırlar.[129][130]
Hız fonksiyonu olarakLorentz faktörü. 1 değerinden başlar vev,c'ye yaklaştıkça sonsuza gider.
Özel görelilik teorisine göre, bir elektronun hızı ışık hızına yaklaştıkça gözlemcinin bakış açısına görebağıl kütlesi artar. Böylelikle gözlemcininkonuşlanma sistemine göre elektronu hızlandırmak gittikçe zorlaşır. Elektronun hızı, vakumdaki ışık hızına (c) yaklaşabilir ancak hiçbir zaman ulaşamaz. Göreli (c'ye yakın bir hızda hareket eden) elektronlar,su gibi, ışık hızınınc'den ihmal edilemeyecek kadar az olduğu dielektrik bir ortama sokulduklarında geçici olarak ortamdaki ışıktan daha hızlı hareket ederler. Ortamla etkileşime girdiklerinde iseÇerenkov radyasyonu olarak bilinen zayıf bir ışık oluştururlar.[131][132]
Özel göreliliğin etkileri,Lorentz faktörü olarak bilinen ve şeklinde tanımlanan bir niceliğe bağlıdır. Buradakiv, parçacığın hızını ifade eder. Bu hızla hareket eden elektronun kinetik enerjisiKe ise şu şekildedir:
Buradakime, elektronun kütlesidir. Örneğin,SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı bir elektronu yaklaşık 51 GeV'e kadar hızlandırabilir.[133] Verilen hızda elektron dalga gibi davrandığı için de Broglie dalga boyu karakterine sahiptir. Bu değer,λe = h/p denklemiyle elde edilir (h Planck sabitini,p momentumu ifade eder).[134] Yukarıdaki 51 GeV değerine sahip elektron dalga boyu, atom çekirdeğinden küçük yapıları keşfetmeye yetecek kadar düşük olan2,4×10-17 m'dir.[135]
Biratom çekirdeğine yaklaşan birfotonun ( γ ) yol açtığı birer elektron ( e- ) vepozitron ( e+ )çifti üretimi. Çizimdeki şimşek simgesi, sanal bir fotonun değişimini temsil eder.
Büyük Patlama teorisine göre patlamanınilk milisaniyesinde, sıcaklık 10 milyarKelvin'in üzerindeydi ve fotonların ortalama enerjisi bir milyonelektronvolttan yüksekti. Bu fotonlar elektron ve pozitron çiftleri kurmak için birbirleriyle etkileşime girmeye yetecek kadar enerjiye sahipti. Aynı şekilde, pozitron-elektron çiftleri birbirlerini annihilasyona uğratarak enerjili fotonlar yaydı:
Elektron, proton ve fotonlar arasındaki bu denge, evrenin evriminin bu safhası boyunca devam etti. 15 saniye geçmesinin ardından evrenin sıcaklığı, elektron-pozitron yapısının ortaya çıkma eşiğinin altına düştü. Kalan elektron ve pozitronların çoğu, evreni tekrar ısıtan gama radyasyonu salınımı yaparak birbirlerini annihilasyona uğrattılar.[136]
Annihilasyon süreci boyunca, bilinmeyen nedenlerden ötürü parçacık sayısı antiparçacığınkinden fazla olmasından ötürü her bir milyar elektron-pozitron çiftinden bir kadar elektron arta kaldı. Bu durum, antiprotonlar yerine fazla protonların eşleşmelerine vebaryon asimetrisi olarak adlandırılan durumun ortaya çıkmasıyla evrendeki net yükün sıfır olmasına yol açtı.[137][138] Kalan proton venötronlar,nükleosentez olarak bilinen süreçle, hidrojen vehelyumizotopları ile eser miktardalityum oluşturacak biçimde birbirleriyle reaksiyonlara girmeye başladılar. Bu süreç, yaklaşık 5 dakikanın ardından zirve yaptı.[139] Kalan nötronlar, yaklaşık bin saniyelikyarı ömürlerinin ardından negatif beta bozunmasına maruz kalarak birer proton ve elektron yaydı:
Sonraki 300.000-400.000 yıllık süreçte arta kalan elektronlar, atom çekirdeğiyle bağ kurmak için fazla enerjiye sahipti.[140] Yeniden birleşme olarak adlandırılan sonraki safhada, nötr atomlar oluştu ve genişleyen evren, radyasyona uğrayabilecek derecede saydamlaştı.[141]
Büyük Patlama'dan kabaca bir milyon yıl sonrayıldızların birinci nesli oluşmaya başladı.[141] Yıldızlarda gerçekleşennükleosentez, atom çekirdeğininfüzyonu sonrasında, elektronlarla annihilasyona uğrayarak gama ışınları salan pozitronların oluşumuna yol açar. Süreç, elektron sayısında sabit bir düşüş ve nötron sayısında bununla eşdeğer bir artışla sonuçlanır. Bununla birlikteyıldız evrimi süreci, radyoaktif izotopların senteziyle de yaşanabilir. Seçilmiş izotoplar, beta bozunmasına maruz kalarak atom çekirdeğinden birer elektron ve antinötrino salınımı yapabilirler.[142] Bozunaraknikel-60 (60Ni) oluşturankobalt-60 (60Co) izotopu, bu duruma örnektir.[143]
Sanal bir parçacık çifti (örneğin elektron-pozitron çifti) olay ufku civarında oluştuğunda rastgele uzamsal dağılımı, bu parçacıklardan birinin dışarıda görünmesine izin verir. Bu süreç,kuantum tünelleme olarak adlandırılır. Kara deliğinkütleçekimsel potansiyeli, bu sanal parçacığın gerçek parçacığa dönüşmesi için gereken enerjiyi sağlayabilir.[146] Buna karşılık çiftin diğer üyesine kara delik tarafından, kütle enerjisinde net bir kayba yol açan negatif enerji verilir. Hawking radyasyonunun oranı, kütlenin azalmasıyla artar ve bu artış, kara deliğin patlayıncaya kadar buharlaşmasına yol açar.[147]
Kozmik ışınlar, yüksek enerjiyle uzayda hareket eden parçacıklardır ve bunlardaki en yüksek enerji değeri3,0×1020 eV olarak kaydedilmiştir.[148] Bu parçacıklarDünya atmosferinde nükleonlarla çarpışınca,pionların da yer aldığı birparçacık sağanağına neden olur.[149] Dünya'nın yüzeyinden gözlemlenen kozmik radyasyonun yarısından fazlası,mezosferdeki pionların bozunması sonucu oluşanleptonlar olanmüonları içerir:
Elektronların uzaktan gözlemlenmesi için radyasyon yapan enerjilerinin saptanması gerekir. Örneğin, bir yıldızıntaç küresi gibi yüksek enerjili ortamlardaki serbest elektronlar,Bremsstrahlung radyasyonu nedeniyle enerji saçan birplazma oluşturur. Elektron gazı, elektron yoğunluğundaki eşzamanlı değişimlerin yol açtığı dalgalar olanplazma salınımına maruz kalır veradyo teleskoplar kullanarak tespit edilebilen bir enerji yayılımı üretir.[152]
Fotonlarınfrekansları, enerjileriyle oranlıdır. Bir atomun enerji seviyelerinde geçiş yapan bağlı elektronlar, karakteristik frekanslardaki protonları emer ya da yayar. Örneğin atomlar, bir geniş spektrum kaynağı tarafından radyasyona maruz bırakıldığında, iletilen radyasyonun spektrumunda ayrısoğurma çizgileri görünür. Her element ya da molekül,hidrojen spektrumu serileri gibi karakteristik spektral çizgi grubuna sahiptir. Bu çizgilerin kuvvet ve genişliklerininspektroskopik ölçümleri, maddenin fiziksel özelliklerinin ve bileşenlerinin tespitini sağlar.[153][154]
Laboratuvar koşullarında bireysel elektronlar arasındaki etkileşimler; enerji, spin ve yük gibi belirli özelliklerin ölçümüne olanak sağlayanparçacık dedektörleriyle yapılabilir.[111]Paul vePenning tuzaklarının geliştirilmesiyle birlikte yüklü parçacıkların daha uzun süreler boyunca küçük bir alanda tutulabilmeleri mümkün hâle geldiğinden parçacık özelliklerinin daha net ölçülebilmeye başlanmıştır. Elektronun manyetik momenti 1980'de, diğer bütün fiziksel sabitlerden daha kesin olarak 11. basamağa kadar bir hassasiyetle ölçülebilmiştir.[155]
Elektronun enerji dağılımının ilk video görüntüleri Şubat 2008'de,Lund Üniversitesindeki bir ekip tarafından kaydedildi. Deneylerde,attosaniye darbeleri olarak adlandırılan ışık parlamaları kullanılarak elektronun hareketi ilk kez gözlemlenebilmişti.[156]
Katı malzemelerdeki elektron dağılımı,açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi tarafından görselleştirilebilir. Fotoelektrik etkisini, özgün yapıyı anlayabilmek için kullanılan periyodik yapıların matematiksel bir gösterimi olanters uzayı ölçmek için kullanan bu teknik; malzemedeki elektronların yön, hız ve dağılımlarını belirlemek için kullanılabilir.[157]
Elektron demetleri,kaynakta kullanılır.[159]0,1-1,3 mm arasındaki odak çapı boyunca,107 W·cm-2'ye kadarki enerji yoğunluklarında elektron demetleriyle kaynak yapılabilir ve genellikle dolgu malzemesi gerektirmezler. Normalde kaynak için uygun olmayan iletken malzemeleri birleştirmek için kullanılan bu teknik, elektronların hedefe ulaşmalarından önce gazla etkileşmemesi amacıyla vakumda gerçekleştirilir.[160][161]
Elektron demeti litografi,mikrometreden daha küçük çözünürlüklerdeki yarı iletkenleri aşındırma yöntemidir.[162] Görece yüksek maliyetli olması, yavaş çalışması, ışınların vakumda çalışması gerekmesi, elektronların katılardaki dağılma eğilimi olması ve 10 nm'ye kadar çözünürlük sınırı olması nedeniyle, özelleştirilmişentegre devrelerin üretiminde kullanılır.[163]
Elektron ışınıyla işleme,fiziksel özelliklerini değiştirmek ya da tıp ve gıda ürünlerinisterilize etme amacıyla metalleri radyasyona uğratmak için kullanılır.[164] Elektron demetleri, yoğun radyasyonda sıcaklık artışına sebep olmadan camları akışkanlaştırır ya da sözde erimesini sağlar. Örneğin yoğun elektron radyasyonu,viskozite şiddetinin ani,aktivasyon enerjisinin ise aşamalı olarak düşmesine sebep olur.[165]
Doğrusal parçacık hızlandırıcılar, elektron demetlerini üreterektümörlerinradyoterapi yöntemiyle tedavisinde kullanılır. Elektron demetleri soğrulmadan önce belli bir sınırdaki derinliğe (5-20 MeV aralığında enerjiye sahip elektronlar için genelde 5 cm'ye kadar) kadar etki edebilmelerinden dolayıelektroterapi,bazal hücreli karsinom gibi yüzeyselderi bozukluklarının tedavilerinde de etkilidir. Elektron demetleri ayrıca,X ışınları tarafından radyasyona maruz kalmış bölgelerin tedavisinde destekleyici olarak da kullanılır.[166][167]
Parçacık hızlandırıcılar, elektrik alanları kullanarak elektron ve antiparçacıkların enerjilerini yükseltir. Bu parçacıklar, manyetik alanlardan geçerken sinkrotron radyasyonu yayarlar. Bu radyasyonun yoğunluğunun spine bağlı olmasının elektron demetini kutuplaştırmasınaSokolov-Ternov etkisi denir. Kutuplanmış elektron demetleri, çeşitli deneylerde kullanılır. Sinkrotron radyasyonu ayrıca, elektron demetlerininsoğutularak parçacıkların momentum yayılımlarının azaltılmasını sağlar. Elektron ve pozitron demetleri, ortaya çıkan enerjinin parçacık dedektörleriyle gözlemlenmesi için, gerekli enerjiye ulaşana kadar hızlandırılarak çarpıştırılırlar.[168]
Düşük enerjili elektron kırınımı, kristal malzemelerikoşutlanmış elektron demeti bombardımanına tutma ve sonrasında ortaya çıkan kırınım desenlerini gözlemleyerek malzemenin yapısını belirlemek için kullanılan bir yöntemidir. Elektronların sahip olmaları gereken enerji genellikle 20-200 eV arasındadır.[169]Yansımalı yüksek enerjili elektron kırınımı ise çeşitli dar açılardan yollanan elektron demetini kullanarak kristal malzemelerin yüzeyini belirleme yöntemidir. Demet enerjisi genellikle 8-20 keV, geliş açısı ise 1-4° aralığındadır.[170][171]
Elektron mikroskobu, gözlemlenmek istenen numuneye, odaklanmış elektron demeti gönderir. Bazı elektronlar, demetin malzeme ile etkileşime girmesiyle birlikte malzemenin hareket yönü, açısı ve bağıl fazı ve enerjisi gibi özelliklerini değiştirirler. Gözlemciler, elektron demetindeki bu değişimleri kaydederek malzemenin kararlı atomik görünüşünü elde ederler.[172] Mavi ışıkta, gelenekseloptik mikroskoplar yaklaşık 200 nm'lik kırınımla sınırlı çözünürlüğe sahiplerdir.[173] Elektron mikroskopları ise elektronunde Broglie dalga boyu ile sınırlılardır. Örneğin 100.000volt değerindeki potansiyel boyunca hızlandırılan elektronlar için dalga boyu 0,0037 nm'dir.[174]Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope, bireysel atomları çözümlemek için yeterli olan 0,05 nm'nin altında çözünürlük kapasitesine sahiptir.[175]
Geçirimli vetaramalı olmak üzere iki tür elektron mikroskobu vardır. Geçirimli elektron mikroskopları, bir malzeme parçasından geçen elektron demetiyle bu malzemeninyük bağlaşımlı aygıta ya dafotoğraf slayda lenslerle yansıtılmasını sağlayaraktepegöz gibi çalışırlar. Taramalı elektron mikroskopları isetelevizyonda olduğu gibi çalışılmış örnekten görüntü üretmek için iyi odaklanmış elektronaraster tarama yaparlar.Magnifikasyon oranı her iki mikroskop türünde de 100× ilâ 1.000.000× arasında ya da daha fazladır.Taramalı tünelleme mikroskopları ise, keskin metal ucundan üzerinde çalışılan malzemeyekuantum tünelleme ile elektronlar yollayarak malzeme yüzeyinin atomik çözünürlüklü görüntüsünü üretirler.[176][177][178]
^Klasik elektron yarıçapı değerine şu şekilde ulaşılır: Elektronun yükünün, küresel yapısına eşit olarak dağıldığı varsayılır. Kürenin bir bölümü diğer bölümlerini iteceğinden, kürede birelektrostatikpotansiyel enerji olacaktır. Bu enerjinin,özel görelilik ile tanımlanan (E = mc2) elektronundurgun enerjisine eşit olduğu düşünülür. Elektrostatik teoriden, kürenin potansiyel enerjisi, yarıçapır ve yüküe olmak üzere şu şekildedir:
buradakiε0,vakum geçirgenliğini gösterir. Durgun kütlesim0 olan bir elektronun durgun enerjisi şuna eşittir:
buradakic, vakumdaki ışık hızını ifade eder. Bunları eşit olarak belirlemek ver değeri için çözmek, klasik elektron yarıçapını verir.[77]
^Göreli olmayan elektronlardan yayılan radyasyonlar da bazı kaynaklardasinkrotron radyasyonu olarak adlandırılır.
^Dalga boyundaki değişim (Δλ), saçılma açısına (θ) bağlıdır ve matematiksel gösterimi şu şekildedir:
Buradakic vakumdaki ışık hızını,me ise elektron kütlesini ifade eder.[101]
^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): 243-254.doi:10.1080/00033796900200141.
^DeKosky, R. K. (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s".Annals of Science (İngilizce).40 (1): 1-18.doi:10.1080/00033798300200101.
^Trenn, T. J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays".Isis (İngilizce).67 (1): 61-75.doi:10.1086/351545.JSTOR231134.
^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): 953-954.Bibcode:1925NW.....13..953E.doi:10.1007/BF01558878.
^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): 2566-2576.Bibcode:1963PhRv..129.2566Z.doi:10.1103/PhysRev.129.2566.
^Taylor, J. (1989). "Gauge Theories in Particle Physics". Davies, Paul (Ed.).The New Physics (İngilizce). Cambridge University Press. s. 464.ISBN978-0-521-43831-5.
^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.
^Georgi, H. (1989). "Grand Unified Theories". Davies, Paul (Ed.).The New Physics (İngilizce). Cambridge University Press. s. 427.ISBN978-0-521-43831-5.
^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): 237-270.Bibcode:1970RvMP...42..237B.doi:10.1103/RevModPhys.42.237.
^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.
^Hall, Peter Joseph (1986). "The Pauli exclusion principle and the foundations of chemistry".Synthese (İngilizce).69 (3): 267-272.doi:10.1007/BF00413974.
^Forward, K. M.; Lacks, D. J.; Sankaran, R. M. (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials".Journal of Electrostatics (İngilizce).67 (2-3): 178-183.doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002.
^Hutchinson, John; Stojkovic, Dejan (2016). "Icezones instead of firewalls: extended entanglement beyond the event horizon and unitary evaporation of a black hole".Classical and Quantum Gravity (İngilizce).33 (13): 135006.doi:10.1088/0264-9381/33/13/135006.
^Özdemir, F. S. (25-27 Haziran 1979).Electron beam lithography.Proceedings of the 16th Conference on Design automation (İngilizce). San Diego, Kaliforniya: IEEE Press. ss. 383-391.
