How big is Electron (clasic)?

Electronul este o particulă minusculă cu sarcină electrică negativă, care se află în orice atom, în afara nucleului atomului. Niciun experiment nu a găsit vreo dimensiune a electronului: în fiecare test de până acum, el se comportă ca un punct. Cei 5,64 femtometri afișați mai sus sunt dublul razei clasice a electronului, o valoare din fizica clasică, necuantică, și nu o măsurătoare. Un femtometru este o milionime dintr-o miliardime de metru (10⁻¹⁵ metri).

Dimensiune

Raza clasică a electronului este de aproximativ 2,82 femtometri. Ea provine dintr-o formulă care folosește sarcina și masa electronului și viteza luminii, dar nimic din fizica cuantică. Este aproximativ dimensiunea pe care ar trebui s-o aibă o bilă cu sarcina electronului pentru ca energia câmpului ei electric să fie egală cu energia de masă a electronului, adică energia dată de E = mc².

Din 1989 până în 2000, Marele Colizor Electron-Pozitron (LEP) de la CERN a ciocnit electroni cu pozitroni, particule cu aceeași masă ca electronii, dar cu sarcină opusă. O analiză din 2000 a acestor ciocniri nu a găsit nicio urmă care să arate că electronii ar avea vreo dimensiune. Dacă electronul are totuși o rază, aceasta este mai mică de 2,8 × 10⁻¹⁹ metri, adică de aproximativ 10.000 de ori mai mică decât raza clasică a electronului. O lucrare din 2025 indică și acum această valoare drept cea mai bună limită obținută din astfel de ciocniri.

Comparații de dimensiune

Valoarea afișată, 5,64 femtometri, este de aproximativ 10.000 de ori mai mare decât cea mai mare lățime pe care o permit experimentele de ciocnire pentru un electron, 5,6 × 10⁻¹⁹ metri.
După valoarea clasică, un electron ar fi de mai mult de trei ori mai lat decât un proton, care are aproximativ 1,7 femtometri în diametru, deși un proton are o masă de 1.836 de ori mai mare decât masa electronului.
În schimb, conform limitei experimentale, un proton este de cel puțin 3.000 de ori mai lat decât un electron.
Un nucleu de heliu, de aproximativ 3,4 femtometri în diametru, este de aproximativ 6.000 de ori mai lat decât cea mai mare lățime permisă unui electron.
Dacă un proton ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, un electron la aceeași scară ar avea cel mult 0,08 milimetri în diametru, adică nu ar fi mai lat decât un fir de păr uman subțire.

De ce se folosește încă raza clasică

Raza clasică a electronului nu este o dimensiune, dar este totuși un număr util. Când lumina sau alte unde electromagnetice lovesc un electron liber, acesta le împrăștie ca și cum ar fi o bilă solidă mică, cu o rază de aproximativ aceeași mărime. Fizicienii folosesc această valoare pentru a calcula cât de puternic împrăștie electronii această radiație, un proces numit împrăștiere Thomson.

Cum a fost descoperit electronul

Fizicianul britanic J. J. Thomson a identificat electronul în 1897, la Laboratorul Cavendish al Universității Cambridge. El studia razele catodice, un tip de raze greu de explicat, care străbat tuburi de sticlă din care aproape tot aerul a fost evacuat cu pompa. Thomson a arătat că razele purtau sarcină negativă și că puteau fi deviate de câmpuri electrice și magnetice.

Din cât de mult se abăteau razele, Thomson a constatat că raportul dintre masa și sarcina lor era mai mic de o miime din cel al unui atom de hidrogen încărcat. El a emis ipoteza că razele erau fluxuri de fragmente minuscule de atomi, pe care le-a numit corpusculi. Astăzi ele se numesc electroni.