How big is Elétron (Clássico)?

O elétron é uma partícula minúscula com carga elétrica negativa, presente em todo átomo, fora do núcleo. Nenhum experimento encontrou um tamanho para ele: em todos os testes até agora, ele se comporta como um ponto. Os 5,64 femtômetros indicados acima equivalem ao dobro do raio clássico do elétron, um valor da física clássica, não quântica, e não uma medição. Um femtômetro é um milionésimo de um bilionésimo de metro (10⁻¹⁵ metros).

Tamanho

O raio clássico do elétron é de cerca de 2,82 femtômetros. Ele vem de uma fórmula que usa a carga e a massa do elétron e a velocidade da luz, mas nada da física quântica. É aproximadamente o tamanho que uma esfera com a carga do elétron precisaria ter para que a energia de seu campo elétrico se igualasse à energia de massa do elétron, a energia dada por E = mc².

De 1989 a 2000, o Grande Colisor Elétron-Pósitron (LEP) do CERN colidiu elétrons com pósitrons, partículas com a mesma massa do elétron, mas com carga oposta. Uma análise dessas colisões, feita em 2000, não encontrou nenhum indício de que os elétrons tenham algum tamanho. Se o elétron tiver algum raio, ele é menor que 2,8 × 10⁻¹⁹ metros, cerca de um décimo-milésimo do raio clássico do elétron. Um artigo de 2025 ainda apresenta esse valor como o melhor limite obtido a partir desse tipo de colisão.

Comparações de tamanho

O valor mostrado, 5,64 femtômetros, é cerca de 10.000 vezes a maior largura que os experimentos de colisão permitem para um elétron, 5,6 × 10⁻¹⁹ metros.
Pelo valor clássico, o elétron seria mais de três vezes mais largo que um próton, que tem cerca de 1,7 femtômetro de largura, embora o próton tenha 1.836 vezes a massa do elétron.
Já pelo limite experimental, o próton é pelo menos 3.000 vezes mais largo que o elétron.
Um núcleo de hélio, com cerca de 3,4 femtômetros de largura, é cerca de 6.000 vezes a maior largura permitida para um elétron.
Se um próton fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, um elétron na mesma escala teria no máximo 0,08 milímetro de largura, não mais largo que um fio fino de cabelo humano.

Por que o raio clássico ainda é usado

O raio clássico do elétron não é um tamanho real, mas continua sendo um número útil. Quando a luz ou outras ondas eletromagnéticas atingem um elétron livre, ele as espalha como se fosse uma pequena esfera sólida com aproximadamente esse raio. Os físicos o usam para calcular com que intensidade os elétrons espalham essa radiação, um processo chamado espalhamento Thomson.

Como o elétron foi descoberto

O físico britânico J. J. Thomson identificou o elétron em 1897, no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge. Ele estudava os raios catódicos, um tipo intrigante de raio que atravessa tubos de vidro com quase todo o ar removido. Thomson mostrou que os raios tinham carga negativa e podiam ser desviados por campos elétricos e magnéticos.

A partir do quanto os raios se desviavam, Thomson concluiu que a razão entre a massa e a carga deles era menor que um milésimo da de um átomo de hidrogênio carregado. Ele propôs que os raios eram fluxos de pedaços minúsculos de átomos, aos quais chamou de corpúsculos. Hoje eles são chamados de elétrons.