מה הגודל של אלקטרון (קלאסי)?

אלקטרון הוא חלקיק זעיר בעל מטען חשמלי שלילי, שנמצא בכל אטום, מחוץ לגרעין האטום. שום ניסוי לא מצא לו גודל כלשהו: בכל הבדיקות עד כה הוא מתנהג כנקודה. הגודל המוצג למעלה, 5.64 פמטומטרים, הוא פי שניים מהרדיוס הקלאסי של האלקטרון, נתון מהפיזיקה הקלאסית, שאינה קוונטית, ולא תוצאת מדידה. פמטומטר הוא מיליונית של מיליארדית המטר (10⁻¹⁵ מטרים).

גודל

הרדיוס הקלאסי של האלקטרון הוא כ-2.82 פמטומטרים. הוא נובע מנוסחה שמשתמשת במטען האלקטרון, במסתו ובמהירות האור, ואינה כוללת דבר מהפיזיקה הקוונטית. זהו בערך הגודל שכדור בעל מטען כמו של האלקטרון היה צריך להיות, כדי שאנרגיית השדה החשמלי שלו תהיה שווה לאנרגיית המסה של האלקטרון, שנתונה במשוואה E = mc².

מ-1989 עד 2000 התנגשו אלקטרונים בפוזיטרונים במתנגש האלקטרונים והפוזיטרונים הגדול (LEP) של צר"ן. פוזיטרונים הם חלקיקים בעלי אותה מסה כמו של אלקטרונים, אך במטען הפוך. ניתוח משנת 2000 של ההתנגשויות האלה לא מצא סימן לכך שלאלקטרונים יש גודל כלשהו. אם בכלל יש לאלקטרון רדיוס, הוא קטן מ-2.8 × 10⁻¹⁹ מטרים, בערך אחד חלקי 10,000 מהרדיוס הקלאסי של האלקטרון. מאמר משנת 2025 עדיין מציג זאת כגבול הטוב ביותר שהתקבל מהתנגשויות כאלה.

השוואות גודל

• הנתון המוצג, 5.64 פמטומטרים, גדול בערך פי 10,000 מהרוחב הגדול ביותר שניסויי ההתנגשות מאפשרים לאלקטרון, 5.6 × 10⁻¹⁹ מטרים.
• לפי הנתון הקלאסי, רוחבו של אלקטרון היה גדול יותר מפי שלושה מרוחבו של פרוטון, שרוחבו כ-1.7 פמטומטרים, אף שמסת הפרוטון גדולה פי 1,836 ממסת האלקטרון.
• לפי הגבול הניסויי, לעומת זאת, הפרוטון רחב לפחות פי 3,000 מהאלקטרון.
• גרעין הליום, שרוחבו כ-3.4 פמטומטרים, גדול בערך פי 6,000 מהרוחב הגדול ביותר שמותר לאלקטרון.
• אילו פרוטון הוגדל לגודל של כדור כדורסל, אלקטרון באותו קנה מידה היה ברוחב של 0.08 מילימטרים לכל היותר, לא רחב יותר משערת אדם דקה.

מדוע עדיין משתמשים ברדיוס הקלאסי

הרדיוס הקלאסי של האלקטרון אינו גודל, אך הוא עדיין מספר שימושי. כשאור או גלים אלקטרומגנטיים אחרים פוגעים באלקטרון חופשי, האלקטרון מפזר אותם כאילו היה כדור מוצק קטן ברדיוס כזה בערך. פיזיקאים משתמשים ברדיוס הזה כדי לחשב עד כמה חזק אלקטרונים מפזרים את הקרינה הזאת, תהליך שנקרא פיזור תומסון.

כיצד התגלה האלקטרון

הפיזיקאי הבריטי ג'. ג'. תומסון זיהה את האלקטרון ב-1897, במעבדת קוונדיש של אוניברסיטת קיימברידג'. הוא חקר קרני קתודה, סוג תמוה של קרניים שעוברות בצינורות זכוכית שכמעט כל האוויר שבהם שאוב החוצה. הוא הראה שהקרניים נושאות מטען שלילי ושאפשר להטות אותן בעזרת שדות חשמליים ומגנטיים.

מהמידה שבה הוטו הקרניים מצא תומסון שהיחס בין המסה למטען שלהן קטן מאלפית מהיחס הזה אצל אטום מימן טעון. הוא הציע שהקרניים הן זרמים של חלקים זעירים של אטומים, שאותם כינה גופיפים. כיום קוראים להם אלקטרונים.

מקורות

• 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.