电子

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　　电子是带负电的亚原子粒子。它可以是自由的(不属于任何原子)，也可以被原子核束缚。原子中的电子在各种各样的半径和描述能量级别的球形壳里存在。球形壳越大，包含在电子里的能量越高。电子的电量为1.602189×10^-19库仑，是电量的Z小单元。质量为9.10953×10^-28克。常用符号e表示。

电子的发现

　　古希腊和古代ZG很早就发现了电现象。

　　近代对电子的认识：

　　近代对电的研究始于18世纪美国科学家富兰克林，他意识到闪电与摩擦起电是相似的，并且用风筝实验加以证实。他认为在正常状况下，每一种物质都含有固定比例的电量。1800年，意大利科学家伏打发明了伏打电池，解决了平稳电流的问题。1831年，英国科学家法拉第发现电磁感应现象，用电动机可以更方便地产生电流。到19世纪中叶，人们对于电已经有了相当的认识，如静电、导电、电的种类等。

　　尽管对电现象有了相当的了解，但对电的本质深刻了解是从放电现象开始的。1858年，德国的盖斯勒制成了低压气体放电管。1859年，德国的普吕克尔利用盖斯勒管进行放电实验时看到了正对着阴极的玻璃管壁上产生出绿色的辉光。

　　1876年，德国的高德斯坦将不同的气体释人真空管，并且用不同的金属做电极，但都得到同样的实验结果。于是，他认为这种辉光与具体的物质无关，是由阴极产生的某种射线所引起的，他把这种射线命名为阴极射线。阴极射线是由什么组成的?

　　19世纪末，有的科学家说它是电磁波;有的科学家说它是由带电的原子所组成;有的则说是由带阴电的微粒组成，众说纷纭，一时得不出公认的结论。科学家们对于阴极射线本质的争论，竟延续了20多年。

　　汤姆孙发现电子：

　　到1897年，在汤姆孙的出色实验结果面前，真相才得以大白。汤姆孙的实验过程是这样的，他将一块涂有硫化锌的小玻璃片，放在阴极射线所经过的路途上，硫化锌会发出闪光。这说明硫化锌能显示出阴极射线的“径迹”。

　　他发现在一般情况下，阴极射线是直线行进的，但当在射线管的外面加上电场，或用一块蹄形磁铁跨放在射线管的外面，结果发现阴极射线都发生了偏折。根据其偏折的方向，不难判断出阴极射线带电的性质。

　　于是，汤姆孙得出结论:这些“射线”是带负电的物质粒子。但他反问自已:“这些粒子是什么呢?它们是原子还是分子，还是别的什么物质?”这需要作更精细的实验。当时还不知道比原子更小的东西，因此汤姆孙假定这是一种被电离的原子，即带负电的“离子”。

　　他要测量出这种“离子”的质量来，为此，他设计了一系列既简单又巧妙的实验:首先，单独的电场或磁场都能使带电体偏转，而磁场对粒子施加的力是与粒子的速度有关的。汤姆孙对粒子同时施加一个电场和磁场，并调节到电场和磁场所造成的粒子的偏转互相抵消，让粒子仍作直线运动。

　　这样，从电场和磁场的强度比值就能算出粒子的运动速度。而速度一旦找到后，单靠磁偏转或者电偏转就可以测出粒子的电荷与质量的比值(称为荷质比)。他发现这个比值和气体的性质无关，并且该值比起电解质中氢离子的比值(这是当时已知的Z大量)还要大得多。

　　这说明这种粒子的质量比氢原子的质量要小得多。前者大约是后者的2000分之1。汤姆孙称这种极小质量的带负电的粒子为电子。

　　1897年汤姆孙对电子的发现，使人类认识了diyi个基本粒子，这在物理学史上具有划时代的意义。汤姆孙也被称为“电子之父”。1906年，汤姆孙由于电子的发现和在气体导电方面的理论以及实验研究而荣获诺贝尔物理学奖。

　　放射性现象发现后，物理学家发现放射性元素发射出的p射线，也会被电场偏转;而且p射线和阴极射线都有同样的荷质比。这些证据使得物理学家认为阴极射线就是R射线，电子是原子的组成部分。

　　1909年，美国物理学家密立根做了一个实验，称为油滴实验，可以准确地测量出电子的带电量。至此，对电子有了全面的认识。

正电子

　　所谓正电子，基本粒子的一种，带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。也叫阳电子。Z早是由狄拉克从理论上预言的。

　　1932年8月2日，美国加州工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。正电子，其质量为m=9.1×10^-31千克，电量为g=+1.6×10^-19库仑，自旋与电子相同。正电子是如何被检测出来的呢?这就要借助于电磁场中的云雾室了。

　　我们知道，每一种物质都存在饱和蒸汽压，当外界压强大于该物质的饱和蒸汽压时，这种物质的蒸汽就开始凝结成液滴。但是如果蒸气很纯净，这时即使外界压强超过了它的饱和蒸汽压，蒸汽却不会自动凝结，这就成了过饱和气体。

　　如果这时在过饱和气体中加上一个很小的扰动，如带电粒子的存在或其它杂质的存在，气体就会以这个杂质为核心迅速凝结成小液滴。因此当带电粒子在过饱和蒸汽中飞行时，蒸汽就会沿着粒子飞行的径迹凝结，从而我们通过观测这些液滴的轨迹，就可以知道粒子的运动情况，这就是云雾室，是由物理学家威尔逊发明的。

　　正电子的发现也是利用云雾室来观测的。在云雾室中充入过饱和的yimi气，当物质放射出正电子时，正电子穿过云雾室，在正电子运行轨道中出现液滴线，通过外加磁场测量正电子的偏转方向及半径就可以知道它的带电符号，及荷质比(带电量与质量的比值)从而确定正电子的性质。正电子的发现开辟了一个新的研究领域，即反物质领域的研究。

正电子湮没谱技术

　　正电子湮没谱技术对于表征材料的局域电子密度和原子结构是一种极具特色的方法，主要的原理是正电子与材料中的电子发生湮没会产生大量的γ射线，通过其携带的信息来获取材料内部的缺陷结构，如空位，原子团簇，超晶格结构，量子点等。这些缺陷常常决定了材料的特殊性质，包括机械性，磁性，电传导性和光催化性等等。

　　正电子湮没方法可以通过实验的形式清楚的表征材料中的空位信息，尤其对于材料中带有负电性的缺陷(产生于掺杂或补偿)能被定量的讨论。因此，正电子湮没技术已在基础研究中发挥了巨大的作用，并在研究介孔材料、半导体材料、超导体材料、纳米材料、凝聚态材料、高聚物化学等学科领域中得到了广泛的应用。

　　正电子可以通过多种方法来获取，Z通常的是通过放射性(β⁺)核素²²Na来得到。虽然²²Na在一定的时间内相对产生的正电子密度较低(10⁹个/秒)，但是它大的半衰期长达2.6年，并且可以合理的使用时间为6～10年。另外，高密度的正电子还可以通过核反应堆和粒子加速器取得。这些方法得到的正电子具有连续性且平均能量为几百KeV，这些快速的正电子可以直接去表征几百个微米厚的固体材料。而如果想要去表征薄膜或材料表面的缺陷信息，就要降低正电子束的能量且使其具有单一性。

　　正电子湮没谱技术中Z常用的方法包括正电子湮没寿命谱(PALS)和多普勒展宽能谱(DBS)，近些年又发展了新型正电子湮没多参数测量技术：符合多普勒展宽(CDB)能谱和慢正电子束流技术。