电子结构新观点.doc

电子结构新观点? 　　电子（electron）构新解 　　定义：静止质量为9.109×10^-31kg、电荷为-1.602×10^-19C的稳定基本粒子、电子半径一般认为9.088×10^-13m；在一般情况下是指带负电荷的负电子。其反粒子是带正电荷的正电子。 　　一 电现象电子的发现及近代研究 1895年，让·佩兰发现阴极射线能够使真空管中的金属物体带上负电荷。1897年，剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出阴极射线的偏转，并计算出了阴极射线粒子（电子）的质量-电荷比例，因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此，电子作为人类发现的第一个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆孙发现了。 　　1896 年，在研究天然发萤光矿石的时候，法国物理学家亨利·贝克勒尔发现，不需要施加外能源，这些矿石就会自然地发射辐射。这些放射性物质引起许多科学家的兴趣，包括发现这些放射性物质会发射粒子的新西兰物理学家欧尼斯特·卢瑟福。按照这些粒子穿透物质的能力，卢瑟福替这些粒子分别取名为阿伐粒子和贝他粒子（“阿伐”是希腊字母的第一个字母“α”，“贝他”是第二个字母“β”）。于1900 年，贝克勒尔发现，镭元素发射出的贝他射线，会被电场偏转；还有，贝他射线和阴极射线都有同样的质量-电荷比例这些证据使得物理学家更强烈地认为电子本是原子的一部分，β射线就是阴极射线。 　　1909 年美国物理学家罗伯特·密立根做了一个著名实验，准确地测量出电子的带电量。 　　二 电子的量子力学观 　　1927 年，英国物理学家乔治·汤姆孙用金属薄膜，美国物理学家克林顿·戴维孙和雷斯特·革末用镍晶体，分别发现了电子的干涉效应。 1928 年，保罗·狄拉克研究出狄拉克方程。这公式能够描述相对论性电子的物理行为。相对论性电子是移动的速度接近光速的电子。为了要解释狄拉克方程的自由电子解所遇到的反常的负能量态问题，狄拉克提出了一个真空模形，称为狄拉克之海：即真空是挤满了具有负能量的粒子的无限海。因此，他预言宇宙中存在有正电子。1932 年，卡尔·安德森在宇宙射线实验中首先证实了正电子的存在。 1947 年，威利斯·兰姆在与研究生罗伯特·雷瑟福(Robert Retherford) 合作的实验中，发现氢原子的某些应该不会有能量差值的简并态，竟然出现很小的能量差值。这现象称为兰姆位移。大约同年代，波利卡普·库施助手模板和亨利·福立Henry Foley。在共同完成的一个实验中，发现电子的异常磁矩，即电子的磁矩比狄拉克理论的预估稍微大一点。为了解释这些现象，朝永振一郎、朱利安·施温格和理察·费曼，于40 年代创建了量子电动力学。 　　三 分数电荷的发现 　　100多年前，当美国物理学家Robert Millikan首次通过实验测出电子所带的电荷为1.602E-19C后，这一电荷值变被广泛看作为电荷基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为感到极端困惑，比如当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。为了解决这一难题，1980年，美国物理学家Robert Laughlin提出一个新的理论解决这一迷团，该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论确是要让物理学界付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。 　　在一项新的实验中，Weizmann机构的科学家设计出精妙的方法去检验这一非整电子电荷是否存在。该实验将能很好地检测出所谓的“撞击背景噪声”，这是分数电荷存在的直接证据。科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。 　　四 作者关于电子结构的新观点 电子分数电荷的发现，说明电子并非自然界基本的粒子，而是更“基本”的亚原子粒子组成。本文作者最后给出了电子结构的新观点：自然界存在两种电荷：负电荷和正电荷，一份电荷的电量等于电子的电量1.602×10^-19C；自然界存在正反两类中微子，如同物质分子的气态、液态、固态一样，中微子有不同的能态，分为三代，即电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种，分别以ve、νμ、ντ表示加上其反粒子v-e、ν-μ、ν-τ，共计6种中微子；电子是由中微子和电荷构成的，电子也有三代，为不同的能态：中微子ve加一份负电荷构成电子e-，中微子ve是电子的核心；反中微子v-e加一份正电荷构成正电子e+，反中