How big is Elektrono (klasika)?
5.64 femtometroj!
Elektrono estas eta partiklo kun negativa elektra ŝargo, trovata ekster la kerno de ĉiu atomo. Neniu eksperimento trovis ian grandon por ĝi: en ĉiu ĝis nun farita testo ĝi kondutas kiel punkto. La 5,64 femtometroj montritaj supre estas la duobla klasika radiuso de la elektrono, nombro el klasika, nekvantuma fiziko, kaj ne mezurrezulto. Femtometro estas milionono de miliardono de metro (10−15 metroj).
Grando
La klasika radiuso de la elektrono estas ĉirkaŭ 2,82 femtometroj. Ĝi venas de formulo, kiu uzas la ŝargon kaj la mason de la elektrono kaj la lumrapidon, sed nenion el kvantuma fiziko. Ĝi estas proksimume la grando, kiun devus havi pilko kun la ŝargo de la elektrono, por ke la energio de ĝia elektra kampo egalu la masenergion de la elektrono, tiun donatan de E = mc2.
De 1989 ĝis 2000 la Granda Elektron-Pozitrona Kolizianto (LEP) de CERN kolizigis elektronojn kun pozitronoj, partikloj kun la sama maso kiel elektronoj, sed kun kontraŭa ŝargo. Analizo de tiuj kolizioj en 2000 trovis neniun signon, ke elektronoj havas ian grandon. Se elektrono entute havas radiuson, tiu radiuso estas malpli ol 2,8 × 10−19 metroj, ĉirkaŭ unu dekmilono de la klasika radiuso de la elektrono. Artikolo el 2025 ankoraŭ donas tion kiel la plej bonan limon el tiaj kolizioj.
Komparoj de grando
- La montrita nombro, 5,64 femtometroj, estas ĉirkaŭ 10 000 fojojn la plej granda larĝo, kiun kolizieksperimentoj permesas por elektrono, 5,6 × 10−19 metroj.
- Laŭ la klasika nombro elektrono estus pli ol tri fojojn pli larĝa ol protono, kies diametro estas ĉirkaŭ 1,7 femtometroj, kvankam protono havas mason 1 836 fojojn pli grandan ol elektrono.
- Laŭ la eksperimenta limo anstataŭe protono estas almenaŭ 3 000 fojojn pli larĝa ol elektrono.
- Heliuma kerno, kies diametro estas ĉirkaŭ 3,4 femtometroj, estas proksimume 6 000 fojojn la plej granda larĝo permesata por elektrono.
- Se protono pligrandiĝus ĝis la grando de korbopilko, elektrono laŭ la sama skalo estus maksimume 0,08 milimetrojn larĝa, ne pli larĝa ol maldika homa haro.
Kial la klasika radiuso ankoraŭ estas uzata
La klasika radiuso de la elektrono ne estas grando, sed tamen estas utila nombro. Kiam lumo aŭ aliaj elektromagnetaj ondoj trafas liberan elektronon, la elektrono disĵetas ilin, kvazaŭ ĝi estus eta solida pilko kun ĉirkaŭ tia radiuso. Fizikistoj uzas tiun radiuson por kalkuli, kiom forte elektronoj disĵetas tiun radiadon, procezo nomata Thomson-disĵetado.
Kiel la elektrono estis malkovrita
La brita fizikisto J. J. Thomson identigis la elektronon en 1897, en la Laboratorio Cavendish de la Universitato de Kembriĝo. Li studis katodajn radiojn, mistera speco de radioj, kiuj vojaĝas tra vitraj tuboj, el kiuj preskaŭ la tuta aero estas elpumpita. Li montris, ke la radioj portas negativan ŝargon kaj povas esti deviigataj de elektraj kaj magnetaj kampoj.
Laŭ tio, kiom forte la radioj deviis, Thomson trovis, ke ilia rilatumo de maso al ŝargo estis malpli ol milono de tiu de ŝargita hidrogena atomo. Li proponis, ke la radioj estas fluoj de etaj eroj de atomoj, kiujn li nomis korpuskloj. Tiuj eroj nun nomiĝas elektronoj.
Fontoj
- Classical electron radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Physical Constants. Particle Data Group, 2025.
- Thomson Scattering. In Electromagnetism and Optics: An Introductory Course. Richard Fitzpatrick, University of Texas at Austin.
- The Large Electron-Positron Collider. CERN.
- Antimatter. CERN.
- Search for TeV Strings and New Phenomena in Bhabha Scattering at LEP2. Dimitri Bourilkov, Physical Review D, 2000.
- Muon (and Lepton) Anomalous Magnetic Moments and Limits on Their Radii. Dimitri Bourilkov, arXiv, 2025.
- The Discovery of the Electron. American Institute of Physics.
- 1897 Experiments. In The Discovery of the Electron. American Institute of Physics.
- Atomic Structure and Symbolism. In Chemistry 2e. OpenStax, 2019.
- Proton-electron mass ratio. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.