Tentukan energi yang diperlukan untuk mempercepat sebuah elektron

Elektron
Anggaran teoritis rapatan elektron sebagai atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel landasan
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga dinamakan antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen landasan ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron dinamakan sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan bisa saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia bisa bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak bisa menduduki kondisi kuantum yang sama berlandaskan dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak bisa dibagi-bagi lagi diteorikan sebagai menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf alam Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron dikenalkan sebagai menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memainkan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang memainkan usaha relatif terhadap pengamat akan menghasilkan medan magnetik dan lintasan elektron tersebut juga akan dilengkungkan oleh medan magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, dia bisa menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton mengakibatkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau semakin atom yaitu karena utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta dibuat pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga bisa dibuat melewati peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada masa sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron bisa dihancurkan melewati pemusnahan dengan positron, maupun bisa diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern bisa dipergunakan sebagai memuat ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar bisa menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini yaitu salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert menciptakan istilah baru electricus sebagai merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris sebagai kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) sebagai batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, lainnyanya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa pengahabisan, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang berjenis-jenis, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif sebagai tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf alam Britania Richard Laming mengembangkan argumen bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang memiliki muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang yaitu muatan sebuah ion monovalen. Dia berhasil memperkirakan nilai muatan elementer e ini menggunakan Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak bisa dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa baik muatan positif dan negatif dibagi menjadi beberapa bagian elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney menciptakan istilah electron sebagai mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron yaitu kombinasi kata electric dengan imbuhan belakang on, yang dipergunakan sekarang sebagai merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan menjadi lingkaran oleh medan magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf menerapkan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia pengahabisan menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan memainkan usaha dari katode ke anode. Semakin jauh lagi, menggunakan medan magnetik, dia bisa membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini bisa diterangkan menggunakan apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania lahir Jerman Arthur Schuster memperluas eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Medan ini pengahabisan membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti semakin jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur mulia pembelokan sinar berlandaskan dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster berhasil memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, perhitungan ini menghasilkan nilai yang seribu kali semakin mulia daripada yang diperkirakan, sehingga perhitungan ini tidak dipercayai pada masa itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] menerapkan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar yaitu partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat anggaran yang cukup baik dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia semakin jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron pengahabisan diajukan sebagai menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya memperoleh penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berlandaskan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium bisa dibelokkan oleh medan listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron yaitu komponen atom.[29][30]

Muatan elektron pengahabisan diukur semakin seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini menggunakan medan listrik sebagai mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Alat yang dipergunakan dalam percobaan ini bisa mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah dilaksanakan oleh Thomson, menggunakan tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen memperoleh hasil yang sama dengan Millikan menggunakan mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak semakin stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang semakin lambat, sehingga semakin cocok dipergunakan sebagai percobaan dalam periode kala yang lama.[32]

Sekitar awal ratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang memainkan usaha cepat bisa mengakibatkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson menggunakan prinsip ini sebagai membangun bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang memainkan usaha cepat sebagai difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Sebuah elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang dilaksanakan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis mulia telah berhasil membangun model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron hadir dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berlandaskan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron bisa berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Menggunakan model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat berhasil menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang semakin kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom diamankan oleh sepasang elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berlandaskan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan semakin lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut pengahabisan dibagi olehnya ke dalam sebanyak sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir berhasil secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa struktur seperi kulit atom ini bisa diterangkan menggunakan empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi direbut oleh tidak semakin dari satu elektron tunggal. Pelarangan keadaan semakin dari satu elektron menduduki kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang memiliki dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga bisa memiliki momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini pengahabisan dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan menggunakan orbital, yang yaitu sebuah distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, bagian berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang memiliki energi berlandaskan dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi memiliki gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi bisa menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel bisa didemonstrasikan ketika dia bisa ditunjukkan memiliki posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada kala apapun.[43] Sifat seperti gelombang bisa dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melewati celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini berhasil ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson menggunakan film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer menggunakan kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie ikut menolong Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berjalannya kala, persamaan gelombang ini bisa dipergunakan sebagai memprediksikan probabilitas penemuan sebuah elektron dekat sebuah posisi. Pendekatan ini pengahabisan dinamakan sebagai mekanika kuantum, yang memberikan perhitungan kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron diperhitungkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom semakin tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berlandaskan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum medan elektro-magnetik.[47] Agar bisa memecahkan beragam masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai samudra partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron dipergunakan sebagai istilah generik sebagai merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang bisa ditemukan sekarang, dan bisa disingkat menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini dinamakan sebagai geseran Lamb. Pada kala yang bersamaan, Polykarp Kusch, bekerja dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit semakin mulia daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini pengahabisan dinamakan sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Sebagai memecahkan masalah ini, teori yang dinamakan elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada kesudahan tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan mengembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama ratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji semakin dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang berhasil mempercepat elektron menggunakan induksi elektromagnetik dilaksanakan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awal mulanya sampai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron pengahabisan berhasil sampai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan menggunakan sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini diakibatkan oleh percepatan elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya melewati medan magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif menggandakan energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 berhasil sampai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan berhasil membuat pengukuran sebagai Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron hadir pada bagian kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang dinamakan lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa semakin mulia. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak memiliki interaksi kuat. Semua bagian golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya memiliki spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian sebuah elektron yaitu anggaran 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berlandaskan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap mempunyai nilai sama sangat tidak selama setengah usia alam semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron memiliki muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang dipergunakan sebagai satuan standar sebagai muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun memiliki tanda positif.[63] Oleh karena simbol e dipergunakan sebagai merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia memiliki ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron memiliki momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini kebanyakan dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Sebagai partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah bisa mempunyai nilai ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga memiliki momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron anggaran sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak memiliki substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karena itu, dia diartikan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat sebuah tetapan fisika yang dinamakan sebagai "jari-jari elektron klasik" yang mempunyai nilai 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari perhitungan sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak memiliki hubungan apapun dengan struktur landasan elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh menjadi partikel yang semakin ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan kala paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron diperkirakan stabil secara teoritis: elektron yaitu partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya akan melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen sebagai rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron bisa berperilaku seperti gelombang. Ini dinamakan sebagai dualitas gelombang-partikel dan bisa ditunjukkan menggunakan percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel bisa dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi mempunyai nilai kompleks yang dinamakan sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini akan memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel dekat seuatu lokasi, dinamakan sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik sebagai kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Jika partikel berubah posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron lainnyanya tidak bisa dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa sepasang elektron yang berinteraksi haruslah bisa berubah posisi tanpa keadaan perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berubah tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berubah ketika berubah tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berubah. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton memiliki fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang sebagai elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang mempunyai nilai nol sebagai tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan menciptakan banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan sebagai menciptakan partikel-partikel ini beserta kala keberadaan partikel ini hadir dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan sebagai menciptakan partikel maya ini, ΔE, bisa "dipinjam" dari kondisi vakum sebagai periode kala Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak semakin dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga sebagai elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Cerminan skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara tanpa pola dekat sebuah elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari medan listrik sekitar elektron mengakibatkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini mengakibatkan polarisasi vakum. Pada landasannya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang memiliki permitivitas dielektrik semakin mulia dari satu. Sehingga muatan efektif sebuah elektron kebanyakan semakin kecil daripada nilai aslinya, dan muatan akan menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 menggunakan pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya mengakibatkan efek pemerisaian sebagai massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan kelainan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian mulia elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karena itu, pemikiran elektron tak berdimensi yang memiliki momentum sudut dan momen magnetik tampaknya tidak konsisten. Paradoks ini bisa diterangkan menggunakan pembentukan foton maya dalam medan listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini mengakibatkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan medan listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Kekuatan gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron memainkan usaha, dia menghasilkan medan magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan medan magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Medan elektromagnetik partikel bermuatan yang memainkan usaha diekspresikan menggunakan potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan sebagai partikel yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Sebuah partikel bermuatan q (kiri) memainkan usaha dengan kecepatan v melewati medan magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Sebagai sebuah elektron, q mempunyai nilai negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika sebuah elektron memainkan usaha melewati medan magnetik, gaya Lorentz akan memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap bagian medan magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini mengakibatkan lintasan elektron mempunyai wujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron sebagai memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini pengahabisan bisa mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang menciptakan gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini diakibatkan oleh reaksi balik medan elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak bisa memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya bisa mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi bisa terjadi ketika elektron yang memainkan usaha dibelokkan oleh sebuah partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh medan listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang sebuah foton (cahaya) dengan sebuah elektron lepas sama sekali dinamakan sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sebanyak geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Sebagai sebuah elektron, ini mempunyai nilai 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini dinamakan sebagai hamburan Thomson.[90]

Kekuatan relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak memiliki dimensi dan yaitu nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia mempunyai nilai α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun anggaran sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya akan memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau semakin sinar foton gama. Jika elektron dan positronnya memiliki momentum yang bisa diabaikan, atom positronium bisa terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi bisa berubah menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu babak yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di dekatnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal bisa terlihat bergabung menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan bisa terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron bisa terikat pada inti atom melewati gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom dinamakan sebagai atom. Jika jumlah elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan menggunakan fungsi matematika yang dinamakan orbital atom. Tiap-tiap orbital atom memiliki satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya bisa direbut oleh dua elektron, yang mesti berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron bisa berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya melewati emisi ataupun absorpsi foton yang energinya berlandaskan dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Perkara perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Agar bisa melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi semakin tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik sebuah atom yaitu setera dengan jumlah vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan bisa diabaikan jika dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) akan saling meniadakan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk melewati perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada struktur molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang sepasang memiliki spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan memiliki distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron sepasang yang terlibat dalam ikatan, elektron bisa ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar daerah inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron sepasang yang tidak terlibat dalam ikatan, dia bisa terdistribusi pada ruang yang lapang di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan sebagai menghasilkan petir bisa dihasilkan melewati efek tribolistrik.[103][104]

Jika sebuah benda memiliki elektron yang hadir lebihnya atau kurang dari yang diperlukan sebagai menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut akan memiliki muatan listrik. Ketika terdapat elektron hadir lebihnya, benda tersebut dituturkan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari jumlah proton dalam inti atom, benda tersebut dituturkan bermuatan positif. Ketika jumlah elektron dan jumlah proton yaitu sama, muatan keduanya meniadakan satu sama lainnya dan benda tersebut dituturkan bermuatan netral. Benda makro bisa menjadi bermuatan listrik melewati penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang memainkan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya yaitu kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang memiliki muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali memainkan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia akan menghasilkan arus muatan yang dinamakan sebagai arus listrik. Arus listrik ini pengahabisan akan menghasilkan medan magnetik. Sebaliknya, arus bisa dibuat pula dengan mengubah medan magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material memiliki konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan untuknya. Contoh benda yang memiliki konduktivitas listrik yang baik (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam memiliki struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi beberapa. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini bebas pada atom apapun, sehingga ketika dialiri medan listrik, elektron tersebut akan memainkan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] melewati material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor memiliki kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron kebanyakan yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam yaitu konduktor panas yang baik, utamanya diakibatkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali sebagai mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang mencetuskan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material bisa merasakan transisi fase yang mengakibatkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini memiliki sikap yang dibuat yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang dinamakan fonon, sehingga elektron bisa menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang menciptakan hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper memiliki jari-jari sekitar 100 nm, sehingga bisa bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi bekerja sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang hadir dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga yaitu kuasipartikel, ketika dikungkung secara sempit pada temperatur yang mendekati nol absolut, akan berperilaku seolah-olah terbelah semakin jauh menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon memiliki spin dan momen magnetik, sedangkan holon memiliki muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan bertambahnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron akan meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron bisa mendekati, tetapi tidak bisa sampai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya c diisi ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron memainkan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini akan menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia berasal dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, diartikan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford bisa mempercepat elektron sampai 51 GeV.[117] Angka memiliki nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa sebuah elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali semakin mulia daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik sebagai sebuah elektron yang memainkan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron bisa berperilaku seperti gelombang, dia akan memiliki karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Sebagai 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil sebagai menjelajahi struktur yang semakin kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang diakibatkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang yaitu teori ilmiah yang sangat lapang diterima sebagai penjelasan atas beragam tahapan awal evolusi alam semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur alam semesta semakin dari 10 milyar kelvin dan foton memiliki energi rata-rata semakin dari satu juta elektronvolt. Foton ini memiliki energi yang cukup sehingganya bisa bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi alam semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur alam semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali alam semesta dalam kala singkat.[120]

Semasa babak leptogenesis, terdapat jumlah elektron yang semakin banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron bisa berjumlah semakin banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari babak pemusnahan. Keunggulan jumlah proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, mengakibatkan muatan total alam semesta menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah pengahabisan mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Babak ini sampai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa pengahabisan menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang hadir lebihnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, masa atom netral mulai terbentuk dan alam semesta yang mengembang menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Anggaran satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh karena itu, terjadi penurunan jumlah elektron yang disertai dengan peningkatan jumlah neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, babak evolusi bintang bisa pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut pengahabisan bisa menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada kesudahan masa kehidupannya, bintang yang bermassa semakin dari 20 massa surya bisa menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat mulia sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang bisa lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) diperkirakan dibuat di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial tanpa pola partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada bagian eksterior; babak ini dinamakan sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam pengahabisan bisa memasok energi yang mengubah partikel maya menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya akan memperoleh energi negatif, yang mengakibatkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada kesudahannya akan mengakibatkan lubang hitam "menguap" sampai kesudahannya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang memainkan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Semakin dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini yaitu sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer bagian atas melewati peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, bisa meluruh menjadi elektron maupun positron. Oleh karena itu, sebagai pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh membutuhkan alat yang bisa mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam sekeliling yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang mempunyai wujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron bisa menjalani osilasi plasma, yang yaitu gelombang yang diakibatkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini pengahabisan menghasilkan emisi energi yang bisa dideteksi menggunakan teleskop radio.[136]

Frekuensi sebuah foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu akan menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum luas, garis-garis absorpsi tertentu akan muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan akan menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap kekuatan dan luas garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu bisa dipantau menggunakan detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu daerah tertentu sebagai masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning bisa memerangkap satu elektron tunggal dalam periode kala 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah sampai presisi pengukuran hingga 11 digit. Pada masa itu (1980), pengukuran ini semakin akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, dinamakan sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau sebagai awal mulanya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat bisa divisualisasikan menggunakan ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini menggunakan efek fotolistrik sebagai mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang dipergunakan sebagai menduga struktur awal material. ARPES bisa dipergunakan sebagai menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, sebuah model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron sebagai mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron dipergunakan dalam babak pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 dilaksanakan pada sasaran sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan kebanyakan tidak membutuhkan bahan isi. Teknik pengelasan ini mesti dilaksanakan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum sampai target. Tekni ini bisa dipergunakan sebagai menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) yaitu suatu perkara pengetsaan semikonduktor dengan resolusi semakin kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya dipergunakan pada produksi sebanyak kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron dipergunakan sebagai mengiradiasi material agar sifat-sifat fisikanya berubah ataupun sebagai tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner sebagai pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, kebanyakan sampai dengan 5 cm sebagai elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berjasa sebagai mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron bisa dipergunakan sebagai mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel menggunakan medan listrik sebagai membelokkan elektron dan antipartikelnya sampai energi tinggi. Oleh karena partikel ini memainkan usaha melewati medan magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang mengakibatkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini bisa dipergunakan dalam beragam eksperimen. Radiasi sinkotron juga bisa dipergunakan sebagai pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu perkara penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron sebagai pengahabisan dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan sebagai menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan kebanyakan berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang menggunakan refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada beragam sudut rendah sebagai mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas kebanyakan berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan untuk suatu spesimen. Pada masa berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berubah sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan bisa menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat juga

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya yaitu balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang memiliki nilai positif sebagai proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   sebagai bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di seluruh volume bola partikel. Oleh karena satu bagian bola tersebut akan menolak bagian yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan melewati teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Sebagai sebuah elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita akan memperoleh jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang dinamakan radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan menggunakan pendekatan sebagai nilai γ yang mulia, kita akan mendapatkan:
   

Referensi

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23. 

Pranala luar

• "The Discovery of the Electron". American Institute of Physics, Center for History of Physics. 
• "Particle Data Group". University of California. 
• Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3-540-64120-3. 

Page 2

Elektron
Anggaran teoritis rapatan elektron sebagai atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel landasan
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak mempunyai komponen landasan ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron mempunyai massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika suatu elektron bertumbukan dengan positron, keduanya probabilitas mampu saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron mempunyai sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia mampu bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak mampu menduduki kondisi kuantum yang sama berlandaskan dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak mampu dibagi-bagi lagi diteorikan sebagai menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf lingkungan kehidupan Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron diperkenalkan sebagai menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron sukses diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memperagakan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang melakukan usaha relatif terhadap pengamat hendak menghasilkan ajang magnetik dan lintasan elektron tersebut juga hendak dilengkungkan oleh ajang magnetik eksternal. Ketika suatu elektron dipercepat, dia mampu menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau lebih atom adalah karena utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam lingkungan kehidupan semesta dibuat pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga mampu dibuat melewati peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada ketika sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron mampu dihancurkan melewati pemusnahan dengan positron, maupun mampu diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern mampu dipakai sebagai berisi ataupun memantau elektron individual. Elektron mempunyai banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar mampu menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini adalah salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert membuat istilah baru electricus sebagai merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris sebagai kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) sebagai batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, lainnyanya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa pengahabisan, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang bermacam-macam, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif sebagai tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf lingkungan kehidupan Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang mempunyai muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang adalah muatan suatu ion monovalen. Dia sukses memperkirakan nilai muatan elementer e ini memakai Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak mampu dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa patut muatan positif dan negatif dibagi dibuat menjadi beberapa ronde elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney membuat istilah electron sebagai mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron adalah kombinasi kata electric dengan akhiran on, yang dipakai sekarang sebagai merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan dibuat menjadi lingkaran oleh ajang magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf menerapkan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan suatu pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia pengahabisan menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan melakukan usaha dari katode ke anode. Lebih jauh lagi, memakai ajang magnetik, dia mampu membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini mampu diterangkan memakai apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania kelahiran Jerman Arthur Schuster memperluas eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Ajang ini pengahabisan membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti lebih jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur besar pembelokan sinar berlandaskan dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster sukses memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, anggaran ini menghasilkan nilai yang seribu kali lebih besar daripada yang dianggarkan, sehingga anggaran ini tidak dipercayai pada ketika itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] menerapkan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar adalah partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat anggaran yang cukup patut dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia lebih jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron pengahabisan diajukan sebagai menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berlandaskan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium mampu dibelokkan oleh ajang listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron adalah komponen atom.[29][30]

Muatan elektron pengahabisan diukur lebih seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini memakai ajang listrik sebagai mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Alat yang dipakai dalam percobaan ini mampu mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah diterapkan oleh Thomson, memakai tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan memakai mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak lebih stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang lebih lambat, sehingga lebih cocok dipakai sebagai percobaan dalam periode waktu yang lama.[32]

Sekitar awal seratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang melakukan usaha cepat mampu menyebabkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson memakai prinsip ini sebagai mendirikan bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang melakukan usaha cepat sebagai difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Suatu elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang diterapkan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis besar telah sukses mendirikan model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron mempunyai dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berlandaskan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron mampu berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Memakai model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat sukses menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom dikawal oleh sepasang elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berlandaskan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan lebih lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut pengahabisan dibagi olehnya ke dalam sebanyak sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir sukses secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa struktur seperi kulit atom ini mampu diterangkan memakai empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi diduduki oleh tidak lebih dari satu elektron tunggal. Pelarangan mempunyainya lebih dari satu elektron menduduki kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang mempunyai dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga mampu mempunyai momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini pengahabisan dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan memakai orbital, yang adalah suatu distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, ronde berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang mempunyai energi berlandaskan dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi mempunyai gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi mampu menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel mampu didemonstrasikan ketika dia mampu ditunjukkan mempunyai posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada waktu apapun.[43] Sifat seperti gelombang mampu dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melewati celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini sukses ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson memakai film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer memakai kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie ikut membantu Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berlanjutnya waktu, persamaan gelombang ini mampu dipakai sebagai memprediksikan probabilitas penemuan suatu elektron tidak jauh suatu posisi. Pendekatan ini pengahabisan disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan anggaran kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron dianggarkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom lebih tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berlandaskan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum ajang elektro-magnetik.[47] Supaya mampu memecahkan beragam masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai samudra partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron dipakai sebagai istilah generik sebagai merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang mampu ditemukan sekarang, dan mampu disingkat dibuat menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada waktu yang bersamaan, Polykarp Kusch, melakukan pekerjaan dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit lebih besar daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini pengahabisan disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Sebagai memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada yang belakang sekali tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan mengembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama seratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji lebih dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang sukses mempercepat elektron memakai induksi elektromagnetik diterapkan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awal mulanya sampai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron berikutnya sukses sampai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan memakai sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini diakibatkan oleh percepatan elektron yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya melewati ajang magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif menggandakan energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 sukses sampai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan sukses membuat pengukuran sebagai Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron mempunyai pada ronde kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron mempunyai massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa lebih besar. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak mempunyai interaksi kuat. Semua bagian golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya mempunyai spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian suatu elektron yaitu anggaran 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berlandaskan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap berharga sama sangat tidak selama setengah usia lingkungan kehidupan semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron mempunyai muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang dipakai sebagai satuan standar sebagai muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun mempunyai tanda positif.[63] Oleh karena simbol e dipakai sebagai merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia mempunyai ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron mempunyai momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini biasanya dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Sebagai partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah mampu berharga ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga mempunyai momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron anggaran sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak mempunyai substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karenanya, dia dirumuskan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat suatu tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang berharga 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari anggaran sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak mempunyai hubungan apapun dengan struktur landasan elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh dibuat menjadi partikel yang lebih ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh dibuat menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron dianggarkan stabil secara teoritis: elektron adalah partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya hendak melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen sebagai rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron mampu berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan mampu ditunjukkan memakai percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel mampu dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi berharga kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini hendak memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel tidak jauh seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik sebagai kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Bila partikel bertukar posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron lainnyanya tidak mampu dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa sepasang elektron yang berinteraksi haruslah mampu bertukar posisi tanpa mempunyainya perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berganti tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berganti ketika berganti tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berganti. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton mempunyai fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang sebagai elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang berharga nol sebagai tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan membuat banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan sebagai membuat partikel-partikel ini beserta waktu keberadaan partikel ini mempunyai dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan sebagai membuat partikel maya ini, ΔE, mampu "dipinjam" dari kondisi vakum sebagai periode waktu Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak lebih dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga sebagai elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak tidak jauh suatu elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari ajang listrik sekitar elektron menyebabkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini menyebabkan polarisasi vakum. Pada landasannya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang mempunyai permitivitas dielektrik lebih besar dari satu. Sehingga muatan efektif suatu elektron biasanya lebih kecil daripada nilai aslinya, dan muatan hendak menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 memakai pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya menyebabkan efek pemerisaian sebagai massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan kelainan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian besar elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karenanya, pemikiran elektron tak berdimensi yang mempunyai momentum sudut dan momen magnetik rupa-rupanya tidak konsisten. Paradoks ini mampu diterangkan memakai pembentukan foton maya dalam ajang listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini menyebabkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan ajang listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Daya gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron melakukan usaha, dia menghasilkan ajang magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan ajang magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Ajang elektromagnetik partikel bermuatan yang melakukan usaha diekspresikan memakai potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan sebagai partikel yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Suatu partikel bermuatan q (kiri) melakukan usaha dengan kecepatan v melewati ajang magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Sebagai suatu elektron, q berharga negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika suatu elektron melakukan usaha melewati ajang magnetik, gaya Lorentz hendak memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap ronde ajang magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini menyebabkan lintasan elektron mempunyai wujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron sebagai memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini pengahabisan mampu mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang membuat gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini diakibatkan oleh reaksi balik ajang elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak mampu memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya mampu mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi mampu terjadi ketika elektron yang melakukan usaha dibelokkan oleh suatu partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh ajang listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang suatu foton (cahaya) dengan suatu elektron lepas sama sekali disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sebanyak geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Sebagai suatu elektron, ini berharga 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang dibuat menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.[90]

Daya relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak mempunyai dimensi dan adalah nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia berharga α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun anggaran sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya hendak memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau lebih sinar foton gama. Bila elektron dan positronnya mempunyai momentum yang mampu diabaikan, atom positronium mampu terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi mampu berganti dibuat menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu ronde yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di tidak jauhnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal mampu terlihat bergabung dibuat menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan mampu terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron mampu terikat pada inti atom melewati gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Bila banyak elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan memakai fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom mempunyai satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya mampu diduduki oleh dua elektron, yang harus berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron mampu berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya melewati emisi ataupun absorpsi foton yang energinya berlandaskan dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Perkara perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Supaya mampu melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi lebih tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik suatu atom yaitu setera dengan banyak vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan mampu diabaikan bila dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) hendak saling meniadakan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk melewati perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada struktur molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang sepasang mempunyai spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan mempunyai distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron sepasang yang terlibat dalam ikatan, elektron mampu ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar kawasan inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron sepasang yang tidak terlibat dalam ikatan, dia mampu terdistribusi pada ruang yang luas di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan sebagai menghasilkan petir mampu dihasilkan melewati efek tribolistrik.[103][104]

Bila suatu benda mempunyai elektron yang mempunyai lebihnya atau kurang dari yang diperlukan sebagai menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut hendak mempunyai muatan listrik. Ketika terdapat elektron mempunyai lebihnya, benda tersebut diceritakan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari banyak proton dalam inti atom, benda tersebut diceritakan bermuatan positif. Ketika banyak elektron dan banyak proton yaitu sama, muatan keduanya meniadakan satu sama lainnya dan benda tersebut diceritakan bermuatan netral. Benda makro mampu dibuat menjadi bermuatan listrik melewati penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang melakukan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya adalah kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang mempunyai muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali melakukan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia hendak menghasilkan arus muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini pengahabisan hendak menghasilkan ajang magnetik. Sebaliknya, arus mampu dibuat pula dengan mengubah ajang magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis memakai persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material mempunyai konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan kepadanya. Contoh benda yang mempunyai konduktivitas listrik yang patut (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam mempunyai struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi beberapa. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini tidak terikat pada atom apapun, sehingga ketika dialiri ajang listrik, elektron tersebut hendak melakukan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] melewati material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor mempunyai kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron biasanya yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam adalah konduktor panas yang patut, utamanya diakibatkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali sebagai mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang menyalakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material mampu merasakan transisi fase yang menyebabkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini mempunyai gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron mampu menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang membuat hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper mempunyai jari-jari sekitar 100 nm, sehingga mampu bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi melakukan pekerjaan sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang mempunyai dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga adalah kuasipartikel, ketika dikungkung secara ketat pada temperatur yang mendekati nol absolut, hendak berperilaku seolah-olah terbelah lebih jauh dibuat menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon mempunyai spin dan momen magnetik, sedangkan holon mempunyai muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan lebihnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron hendak meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron mampu mendekati, tetapi tidak mampu sampai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya c diisi ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron melakukan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini hendak menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia berasal dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, dirumuskan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford mampu mempercepat elektron sampai 51 GeV.[117] Angka mempunyai nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa suatu elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali lebih besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik sebagai suatu elektron yang melakukan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron mampu berperilaku seperti gelombang, dia hendak mempunyai karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Sebagai 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil sebagai menjelajahi struktur yang lebih kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang diakibatkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang adalah teori ilmiah yang sangat luas diterima sebagai penjelasan atas beragam tahapan awal evolusi lingkungan kehidupan semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur lingkungan kehidupan semesta lebih dari 10 milyar kelvin dan foton mempunyai energi rata-rata lebih dari satu juta elektronvolt. Foton ini mempunyai energi yang cukup sehingganya mampu bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi lingkungan kehidupan semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur lingkungan kehidupan semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali lingkungan kehidupan semesta dalam waktu singkat.[120]

Semasa ronde leptogenesis, terdapat banyak elektron yang lebih banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron mampu berjumlah lebih banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari ronde pemusnahan. Kelebihan banyak proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, menyebabkan muatan total lingkungan kehidupan semesta dibuat menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah pengahabisan mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Ronde ini sampai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa pengahabisan menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang mempunyai lebihnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, ketika atom netral mulai terbentuk dan lingkungan kehidupan semesta yang mengembang dibuat menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Anggaran satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh karenanya, terjadi penurunan banyak elektron yang disertai dengan peningkatan banyak neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, ronde evolusi bintang mampu pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut pengahabisan mampu menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh dibuat menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada yang belakang sekali masa kehidupannya, bintang yang bermassa lebih dari 20 massa surya mampu menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat besar sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang mampu lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) dianggarkan dibuat di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada ronde eksterior; ronde ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam pengahabisan mampu memasok energi yang mengubah partikel maya dibuat menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya hendak mendapatkan energi negatif, yang menyebabkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada yang belakang sekalinya hendak menyebabkan lubang hitam "menguap" sampai yang belakang sekalinya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang melakukan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Lebih dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini adalah sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer ronde atas melewati peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, mampu meluruh dibuat menjadi elektron maupun positron. Oleh karenanya, sebagai pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh memerlukan alat yang mampu mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam ronde yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang mempunyai wujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron mampu menjalani osilasi plasma, yang adalah gelombang yang diakibatkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini pengahabisan menghasilkan emisi energi yang mampu dideteksi memakai teleskop radio.[136]

Frekuensi suatu foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu hendak menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lebar, garis-garis absorpsi tertentu hendak muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan hendak menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap daya dan lebar garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu mampu dipantau memakai detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu kawasan tertentu sebagai masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning mampu memerangkap satu elektron tunggal dalam periode waktu 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah sampai presisi pengukuran sampai 11 digit. Pada ketika itu (1980), pengukuran ini lebih akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini memakai kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau sebagai awal mulanya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat mampu divisualisasikan memakai ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini memakai efek fotolistrik sebagai mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang dipakai sebagai menduga struktur awal material. ARPES mampu dipakai sebagai menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, suatu model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron sebagai mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron dipakai dalam ronde pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada tujuan sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan biasanya tidak memerlukan bahan isi. Teknik pengelasan ini harus diterapkan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum sampai target. Tekni ini mampu dipakai sebagai menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas memakai teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) adalah suatu perkara pengetsaan semikonduktor dengan resolusi lebih kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya dipakai pada produksi sebanyak kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron dipakai sebagai mengiradiasi material supaya sifat-sifat fisikanya berganti ataupun sebagai tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner sebagai pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, biasanya sampai dengan 5 cm sebagai elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berguna sebagai mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron mampu dipakai sebagai mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel memakai ajang listrik sebagai membelokkan elektron dan antipartikelnya sampai energi tinggi. Oleh karena partikel ini melakukan usaha melewati ajang magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini mampu dipakai dalam beragam eksperimen. Radiasi sinkotron juga mampu dipakai sebagai pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau memakai detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu perkara penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron sebagai pengahabisan dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan sebagai menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan biasanya berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang memakai refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada beragam sudut rendah sebagai mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas biasanya berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan kepada suatu spesimen. Pada ketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berganti sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan mampu menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat juga

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya adalah balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang mempunyai nilai positif sebagai proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   sebagai bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di semua volume bola partikel. Oleh karena satu ronde bola tersebut hendak menolak ronde yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan melewati teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Sebagai suatu elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita hendak mendapatkan jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang disebut radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan memakai pendekatan sebagai nilai γ yang besar, kita hendak mendapatkan:
   

Referensi

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23. 

Pranala luar

• "The Discovery of the Electron". American Institute of Physics, Center for History of Physics. 
• "Particle Data Group". University of California. 
• Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3-540-64120-3. 

Page 3

Elektron
Anggaran teoritis rapatan elektron sebagai atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel dasar
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak mempunyai komponen dasar ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron mempunyai massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya probabilitas dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron mempunyai sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak dapat menduduki kondisi kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan sebagai menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf lingkungan kehidupan Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron diperkenalkan sebagai menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron sukses diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memperagakan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang memainkan usaha relatif terhadap pengamat hendak menghasilkan ajang magnetik dan lintasan elektron tersebut juga hendak dilengkungkan oleh ajang magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, dia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau semakin atom merupakan karena utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam lingkungan kehidupan semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga dapat diciptakan melewati peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada ketika sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melewati pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan sebagai mempunyai pokoknya ataupun memantau elektron individual. Elektron mempunyai banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar dapat menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini merupakan salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert membuat istilah baru electricus sebagai merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris sebagai kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) sebagai batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, lainnyanya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa pengahabisan, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang berbagai macam, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif sebagai tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf lingkungan kehidupan Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang mempunyai muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang merupakan muatan sebuah ion monovalen. Dia sukses memperkirakan nilai muatan elementer e ini menggunakan Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak dapat dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa patut muatan positif dan negatif dibagi diproduksi menjadi beberapa ronde elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney membuat istilah electron sebagai mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron merupakan kombinasi kata electric dengan akhiran on, yang digunakan sekarang sebagai merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan diproduksi menjadi lingkaran oleh ajang magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf menerapkan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia pengahabisan menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan memainkan usaha dari katode ke anode. Semakin jauh lagi, menggunakan ajang magnetik, dia dapat membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini dapat diterangkan menggunakan apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania lahir Jerman Arthur Schuster meluaskan eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Ajang ini pengahabisan membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti semakin jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur besar pembelokan sinar sesuai dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster sukses memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, anggaran ini menghasilkan nilai yang seribu kali semakin besar daripada yang dianggarkan, sehingga anggaran ini tidak dipercayai pada ketika itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] menerapkan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar merupakan partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat anggaran yang cukup patut dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia semakin jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron pengahabisan diajukan sebagai menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berlandaskan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium dapat dibelokkan oleh ajang listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron merupakan komponen atom.[29][30]

Muatan elektron pengahabisan diukur semakin seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini menggunakan ajang listrik sebagai mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini dapat mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah diterapkan oleh Thomson, menggunakan tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan menggunakan mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak semakin stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang semakin lambat, sehingga semakin cocok digunakan sebagai percobaan dalam periode waktu yang lama.[32]

Sekitar awal seratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang memainkan usaha cepat dapat menyebabkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson menggunakan prinsip ini sebagai mendirikan bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang memainkan usaha cepat sebagai difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Sebuah elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang diterapkan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis besar telah sukses mendirikan model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron mempunyai dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berlandaskan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron dapat berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Menggunakan model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat sukses menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang semakin kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom dikawal oleh sepasang elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berlandaskan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan semakin lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut pengahabisan dibagi olehnya ke dalam sebanyak sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir sukses secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa struktur seperi kulit atom ini dapat diterangkan menggunakan empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi direbut oleh tidak semakin dari satu elektron tunggal. Pelarangan mempunyainya semakin dari satu elektron menduduki kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang mempunyai dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga dapat mempunyai momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini pengahabisan dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan menggunakan orbital, yang merupakan sebuah distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, ronde berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang mempunyai energi sesuai dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi mempunyai gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi dapat menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel dapat didemonstrasikan ketika dia dapat ditunjukkan mempunyai posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada waktu apapun.[43] Sifat seperti gelombang dapat dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melewati celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini sukses ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson menggunakan film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer menggunakan kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie ikut membantu Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berlanjutnya waktu, persamaan gelombang ini dapat digunakan sebagai memprediksikan probabilitas penemuan sebuah elektron tidak jauh sebuah posisi. Pendekatan ini pengahabisan disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan anggaran kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron dianggarkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom semakin tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berlandaskan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum ajang elektro-magnetik.[47] Supaya dapat memecahkan beragam masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai lautan partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron digunakan sebagai istilah generik sebagai merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang dapat ditemukan sekarang, dan dapat disingkat diproduksi menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada waktu yang bersamaan, Polykarp Kusch, memainkan pekerjaan dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit semakin besar daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini pengahabisan disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Sebagai memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada yang akhir sekali tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan mengembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama seratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji semakin dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang sukses mempercepat elektron menggunakan induksi elektromagnetik diterapkan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awalnya sampai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron berikutnya sukses sampai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan menggunakan sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini diakibatkan oleh percepatan elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya melewati ajang magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif memperbanyak energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 sukses sampai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan sukses membuat pengukuran sebagai Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron mempunyai pada ronde kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron mempunyai massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa semakin besar. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak mempunyai interaksi kuat. Semua bagian golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya mempunyai spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian sebuah elektron yaitu anggaran 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berlandaskan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap berharga sama sangat tidak selama setengah usia lingkungan kehidupan semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron mempunyai muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang digunakan sebagai satuan standar sebagai muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun mempunyai tanda positif.[63] Oleh karena simbol e digunakan sebagai merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia mempunyai ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron mempunyai momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini kebanyakan dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Sebagai partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah dapat berharga ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga mempunyai momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron anggaran sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak mempunyai substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karena itu, dia dirumuskan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat sebuah tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang berharga 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari anggaran sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak mempunyai hubungan apapun dengan struktur dasar elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh diproduksi menjadi partikel yang semakin ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh diproduksi menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron dianggarkan stabil secara teoritis: elektron merupakan partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya hendak melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen sebagai rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron dapat berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan dapat ditunjukkan menggunakan percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel dapat dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi berharga kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini hendak memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel tidak jauh seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik sebagai kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Bila partikel berproses dan berganti posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron lainnyanya tidak dapat dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa sepasang elektron yang berinteraksi haruslah dapat berproses dan berganti posisi tanpa mempunyainya perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berganti tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berganti ketika berganti tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berganti. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton mempunyai fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang sebagai elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang berharga nol sebagai tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan membuat banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan sebagai membuat partikel-partikel ini beserta waktu keberadaan partikel ini mempunyai dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan sebagai membuat partikel maya ini, ΔE, dapat "dipinjam" dari kondisi vakum sebagai periode waktu Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak semakin dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga sebagai elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak tidak jauh sebuah elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari ajang listrik sekitar elektron menyebabkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini menyebabkan polarisasi vakum. Pada dasarnya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang mempunyai permitivitas dielektrik semakin besar dari satu. Sehingga muatan efektif sebuah elektron kebanyakan semakin kecil daripada nilai aslinya, dan muatan hendak menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 menggunakan pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya menyebabkan efek pemerisaian sebagai massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan kelainan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian besar elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karena itu, pemikiran elektron tak berdimensi yang mempunyai momentum sudut dan momen magnetik rupa-rupanya tidak konsisten. Paradoks ini dapat diterangkan menggunakan pembentukan foton maya dalam ajang listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini menyebabkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan ajang listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Daya gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron memainkan usaha, dia menghasilkan ajang magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan ajang magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Ajang elektromagnetik partikel bermuatan yang memainkan usaha diekspresikan menggunakan potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan sebagai partikel yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Sebuah partikel bermuatan q (kiri) memainkan usaha dengan kecepatan v melewati ajang magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Sebagai sebuah elektron, q berharga negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika sebuah elektron memainkan usaha melewati ajang magnetik, gaya Lorentz hendak memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap ronde ajang magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini menyebabkan lintasan elektron mempunyai wujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron sebagai memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini pengahabisan dapat mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang membuat gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini diakibatkan oleh reaksi balik ajang elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak dapat memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya dapat mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi dapat terjadi ketika elektron yang memainkan usaha dibelokkan oleh sebuah partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh ajang listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang sebuah foton (cahaya) dengan sebuah elektron lepas sama sekali disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sebanyak geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Sebagai sebuah elektron, ini berharga 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang diproduksi menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.[90]

Daya relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak mempunyai dimensi dan merupakan nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia berharga α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun anggaran sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya hendak memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau semakin sinar foton gama. Bila elektron dan positronnya mempunyai momentum yang dapat diabaikan, atom positronium dapat terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi dapat berganti diproduksi menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu ronde yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di tidak jauhnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal dapat terlihat bergabung diproduksi menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan dapat terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron dapat terikat pada inti atom melewati gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Bila banyak elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan menggunakan fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom mempunyai satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya dapat direbut oleh dua elektron, yang harus berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron dapat berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya melewati emisi ataupun absorpsi foton yang energinya sesuai dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Perkara perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Supaya dapat melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi semakin tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik sebuah atom yaitu setera dengan banyak vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan dapat diabaikan bila dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) hendak saling membubarkan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk melewati perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada struktur molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang sepasang mempunyai spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan mempunyai distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron sepasang yang terlibat dalam ikatan, elektron dapat ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar kawasan inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron sepasang yang tidak terlibat dalam ikatan, dia dapat terdistribusi pada ruang yang lapang di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan sebagai menghasilkan petir dapat dihasilkan melewati efek tribolistrik.[103][104]

Bila sebuah benda mempunyai elektron yang mempunyai semakinnya atau kurang dari yang diperlukan sebagai menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut hendak mempunyai muatan listrik. Ketika terdapat elektron mempunyai semakinnya, benda tersebut diceritakan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari banyak proton dalam inti atom, benda tersebut diceritakan bermuatan positif. Ketika banyak elektron dan banyak proton yaitu sama, muatan keduanya membubarkan satu sama lainnya dan benda tersebut diceritakan bermuatan netral. Benda makro dapat diproduksi menjadi bermuatan listrik melewati penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang memainkan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya merupakan kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang mempunyai muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali memainkan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia hendak menghasilkan arus muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini pengahabisan hendak menghasilkan ajang magnetik. Sebaliknya, arus dapat diciptakan pula dengan mengubah ajang magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material mempunyai konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan kepadanya. Contoh benda yang mempunyai konduktivitas listrik yang patut (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam mempunyai struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi sebagian. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini tidak terikat pada atom apapun, sehingga ketika dialiri ajang listrik, elektron tersebut hendak memainkan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] melewati material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor mempunyai kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron kebanyakan yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam merupakan konduktor panas yang patut, utamanya diakibatkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali sebagai mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang menyalakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material dapat merasakan transisi fase yang menyebabkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini mempunyai gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron dapat menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang membuat hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper mempunyai jari-jari sekitar 100 nm, sehingga dapat bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi memainkan pekerjaan sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang mempunyai dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga merupakan kuasipartikel, ketika dikungkung secara sempit pada temperatur yang mendekati nol absolut, hendak berperilaku seolah-olah terbelah semakin jauh diproduksi menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon mempunyai spin dan momen magnetik, sedangkan holon mempunyai muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan semakinnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron hendak meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron dapat mendekati, tetapi tidak dapat sampai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya c diberi pokok ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron memainkan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini hendak menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia berasal dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, dirumuskan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford dapat mempercepat elektron sampai 51 GeV.[117] Angka mempunyai nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa sebuah elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali semakin besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik sebagai sebuah elektron yang memainkan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron dapat berperilaku seperti gelombang, dia hendak mempunyai karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Sebagai 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil sebagai menjelajahi struktur yang semakin kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang diakibatkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang merupakan teori ilmiah yang sangat lapang diterima sebagai penjelasan atas beragam tahapan awal evolusi lingkungan kehidupan semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur lingkungan kehidupan semesta semakin dari 10 milyar kelvin dan foton mempunyai energi rata-rata semakin dari satu juta elektronvolt. Foton ini mempunyai energi yang cukup sehingganya dapat bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi lingkungan kehidupan semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur lingkungan kehidupan semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali lingkungan kehidupan semesta dalam waktu singkat.[120]

Semasa ronde leptogenesis, terdapat banyak elektron yang semakin banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron dapat berjumlah semakin banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari ronde pemusnahan. Keunggulan banyak proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, menyebabkan muatan total lingkungan kehidupan semesta diproduksi menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah pengahabisan mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Ronde ini sampai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa pengahabisan menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang mempunyai semakinnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, ketika atom netral mulai terbentuk dan lingkungan kehidupan semesta yang mengembang diproduksi menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Anggaran satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh karena itu, terjadi penurunan banyak elektron yang disertai dengan peningkatan banyak neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, ronde evolusi bintang dapat pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut pengahabisan dapat menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh diproduksi menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada yang akhir sekali masa kehidupannya, bintang yang bermassa semakin dari 20 massa surya dapat menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat besar sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang dapat lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) dianggarkan diciptakan di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada ronde eksterior; ronde ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam pengahabisan dapat memasok energi yang mengubah partikel maya diproduksi menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya hendak mendapatkan energi negatif, yang menyebabkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada yang akhir sekalinya hendak menyebabkan lubang hitam "menguap" sampai yang akhir sekalinya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang memainkan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Semakin dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini merupakan sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer ronde atas melewati peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, dapat meluruh diproduksi menjadi elektron maupun positron. Oleh karena itu, sebagai pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh memerlukan alat yang mampu mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam ronde yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang mempunyai wujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron dapat menjalani osilasi plasma, yang merupakan gelombang yang diakibatkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini pengahabisan menghasilkan emisi energi yang dapat dideteksi menggunakan teleskop radio.[136]

Frekuensi sebuah foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu hendak menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lapang, garis-garis absorpsi tertentu hendak muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan hendak menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap daya dan lapang garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu dapat dipantau menggunakan detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu kawasan tertentu sebagai masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning dapat memerangkap satu elektron tunggal dalam periode waktu 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah sampai presisi pengukuran sampai 11 digit. Pada ketika itu (1980), pengukuran ini semakin akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau sebagai awal mulanya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat dapat divisualisasikan menggunakan ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini menggunakan efek fotolistrik sebagai mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang digunakan sebagai menduga struktur awal material. ARPES dapat digunakan sebagai menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, sebuah model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron sebagai mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron digunakan dalam ronde pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada tujuan sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan kebanyakan tidak memerlukan bahan pokok. Teknik pengelasan ini harus diterapkan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum sampai target. Tekni ini dapat digunakan sebagai menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) merupakan suatu perkara pengetsaan semikonduktor dengan resolusi semakin kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya digunakan pada produksi sebanyak kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron digunakan sebagai mengiradiasi material supaya sifat-sifat fisikanya berganti ataupun sebagai tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner sebagai pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, kebanyakan sampai dengan 5 cm sebagai elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berfaedah sebagai mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron dapat digunakan sebagai mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel menggunakan ajang listrik sebagai membelokkan elektron dan antipartikelnya sampai energi tinggi. Oleh karena partikel ini memainkan usaha melewati ajang magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini dapat digunakan dalam beragam eksperimen. Radiasi sinkotron juga dapat digunakan sebagai pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu perkara penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron sebagai pengahabisan dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan sebagai menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan kebanyakan berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang menggunakan refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada beragam sudut rendah sebagai mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas kebanyakan berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan kepada suatu spesimen. Pada ketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berganti sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan dapat menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat pula

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya merupakan balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang mempunyai nilai positif sebagai proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   sebagai bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di semua volume bola partikel. Oleh karena satu ronde bola tersebut hendak menolak ronde yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan melewati teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Sebagai sebuah elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita hendak mendapatkan jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang disebut radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan menggunakan pendekatan sebagai nilai γ yang besar, kita hendak mendapatkan:
   

Referensi

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23. 

Pranala luar

• "The Discovery of the Electron". American Institute of Physics, Center for History of Physics. 
• "Particle Data Group". University of California. 
• Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3-540-64120-3. 

Page 4

Elektron
Anggaran teoritis rapatan elektron sebagai atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel dasar
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak mempunyai komponen dasar ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron mempunyai massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya probabilitas dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron mempunyai sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak dapat menduduki kondisi kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan sebagai menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf lingkungan kehidupan Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron diperkenalkan sebagai menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron sukses diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memperagakan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang memainkan usaha relatif terhadap pengamat hendak menghasilkan ajang magnetik dan lintasan elektron tersebut juga hendak dilengkungkan oleh ajang magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, dia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau semakin atom merupakan karena utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam lingkungan kehidupan semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga dapat diciptakan melewati peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada ketika sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melewati pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan sebagai mempunyai pokoknya ataupun memantau elektron individual. Elektron mempunyai banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar dapat menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini merupakan salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert membuat istilah baru electricus sebagai merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris sebagai kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) sebagai batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, lainnyanya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa pengahabisan, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang berbagai macam, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif sebagai tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf lingkungan kehidupan Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang mempunyai muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang merupakan muatan sebuah ion monovalen. Dia sukses memperkirakan nilai muatan elementer e ini menggunakan Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak dapat dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa patut muatan positif dan negatif dibagi diproduksi menjadi beberapa ronde elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney membuat istilah electron sebagai mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron merupakan kombinasi kata electric dengan akhiran on, yang digunakan sekarang sebagai merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan diproduksi menjadi lingkaran oleh ajang magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf menerapkan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia pengahabisan menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan memainkan usaha dari katode ke anode. Semakin jauh lagi, menggunakan ajang magnetik, dia dapat membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini dapat diterangkan menggunakan apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania lahir Jerman Arthur Schuster meluaskan eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Ajang ini pengahabisan membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti semakin jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur besar pembelokan sinar sesuai dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster sukses memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, anggaran ini menghasilkan nilai yang seribu kali semakin besar daripada yang dianggarkan, sehingga anggaran ini tidak dipercayai pada ketika itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] menerapkan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar merupakan partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat anggaran yang cukup patut dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia semakin jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron pengahabisan diajukan sebagai menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berlandaskan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium dapat dibelokkan oleh ajang listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron merupakan komponen atom.[29][30]

Muatan elektron pengahabisan diukur semakin seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini menggunakan ajang listrik sebagai mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini dapat mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah diterapkan oleh Thomson, menggunakan tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan menggunakan mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak semakin stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang semakin lambat, sehingga semakin cocok digunakan sebagai percobaan dalam periode waktu yang lama.[32]

Sekitar awal seratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang memainkan usaha cepat dapat menyebabkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson menggunakan prinsip ini sebagai mendirikan bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang memainkan usaha cepat sebagai difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Sebuah elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang diterapkan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis besar telah sukses mendirikan model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron mempunyai dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berlandaskan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron dapat berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Menggunakan model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat sukses menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang semakin kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom dikawal oleh sepasang elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berlandaskan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan semakin lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut pengahabisan dibagi olehnya ke dalam sebanyak sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir sukses secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa struktur seperi kulit atom ini dapat diterangkan menggunakan empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi direbut oleh tidak semakin dari satu elektron tunggal. Pelarangan mempunyainya semakin dari satu elektron menduduki kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang mempunyai dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga dapat mempunyai momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini pengahabisan dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan menggunakan orbital, yang merupakan sebuah distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, ronde berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang mempunyai energi sesuai dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi mempunyai gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi dapat menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel dapat didemonstrasikan ketika dia dapat ditunjukkan mempunyai posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada waktu apapun.[43] Sifat seperti gelombang dapat dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melewati celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini sukses ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson menggunakan film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer menggunakan kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie ikut membantu Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berlanjutnya waktu, persamaan gelombang ini dapat digunakan sebagai memprediksikan probabilitas penemuan sebuah elektron tidak jauh sebuah posisi. Pendekatan ini pengahabisan disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan anggaran kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron dianggarkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom semakin tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berlandaskan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum ajang elektro-magnetik.[47] Supaya dapat memecahkan beragam masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai lautan partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron digunakan sebagai istilah generik sebagai merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang dapat ditemukan sekarang, dan dapat disingkat diproduksi menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada waktu yang bersamaan, Polykarp Kusch, memainkan pekerjaan dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit semakin besar daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini pengahabisan disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Sebagai memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada yang akhir sekali tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan mengembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama seratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji semakin dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang sukses mempercepat elektron menggunakan induksi elektromagnetik diterapkan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awalnya sampai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron berikutnya sukses sampai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan menggunakan sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini diakibatkan oleh percepatan elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya melewati ajang magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif memperbanyak energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 sukses sampai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan sukses membuat pengukuran sebagai Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron mempunyai pada ronde kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron mempunyai massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa semakin besar. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak mempunyai interaksi kuat. Semua bagian golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya mempunyai spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian sebuah elektron yaitu anggaran 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berlandaskan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap berharga sama sangat tidak selama setengah usia lingkungan kehidupan semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron mempunyai muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang digunakan sebagai satuan standar sebagai muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun mempunyai tanda positif.[63] Oleh karena simbol e digunakan sebagai merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia mempunyai ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron mempunyai momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini kebanyakan dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Sebagai partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah dapat berharga ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga mempunyai momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron anggaran sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak mempunyai substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karena itu, dia dirumuskan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat sebuah tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang berharga 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari anggaran sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak mempunyai hubungan apapun dengan struktur dasar elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh diproduksi menjadi partikel yang semakin ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh diproduksi menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron dianggarkan stabil secara teoritis: elektron merupakan partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya hendak melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen sebagai rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron dapat berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan dapat ditunjukkan menggunakan percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel dapat dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi berharga kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini hendak memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel tidak jauh seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik sebagai kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Bila partikel berproses dan berganti posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron lainnyanya tidak dapat dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa sepasang elektron yang berinteraksi haruslah dapat berproses dan berganti posisi tanpa mempunyainya perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berganti tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berganti ketika berganti tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berganti. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton mempunyai fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang sebagai elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang berharga nol sebagai tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan membuat banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan sebagai membuat partikel-partikel ini beserta waktu keberadaan partikel ini mempunyai dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan sebagai membuat partikel maya ini, ΔE, dapat "dipinjam" dari kondisi vakum sebagai periode waktu Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak semakin dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga sebagai elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak tidak jauh sebuah elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari ajang listrik sekitar elektron menyebabkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini menyebabkan polarisasi vakum. Pada dasarnya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang mempunyai permitivitas dielektrik semakin besar dari satu. Sehingga muatan efektif sebuah elektron kebanyakan semakin kecil daripada nilai aslinya, dan muatan hendak menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 menggunakan pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya menyebabkan efek pemerisaian sebagai massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan kelainan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian besar elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karena itu, pemikiran elektron tak berdimensi yang mempunyai momentum sudut dan momen magnetik rupa-rupanya tidak konsisten. Paradoks ini dapat diterangkan menggunakan pembentukan foton maya dalam ajang listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini menyebabkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan ajang listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Daya gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron memainkan usaha, dia menghasilkan ajang magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan ajang magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Ajang elektromagnetik partikel bermuatan yang memainkan usaha diekspresikan menggunakan potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan sebagai partikel yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Sebuah partikel bermuatan q (kiri) memainkan usaha dengan kecepatan v melewati ajang magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Sebagai sebuah elektron, q berharga negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika sebuah elektron memainkan usaha melewati ajang magnetik, gaya Lorentz hendak memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap ronde ajang magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini menyebabkan lintasan elektron mempunyai wujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron sebagai memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini pengahabisan dapat mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang membuat gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini diakibatkan oleh reaksi balik ajang elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak dapat memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya dapat mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi dapat terjadi ketika elektron yang memainkan usaha dibelokkan oleh sebuah partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh ajang listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang sebuah foton (cahaya) dengan sebuah elektron lepas sama sekali disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sebanyak geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Sebagai sebuah elektron, ini berharga 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang diproduksi menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.[90]

Daya relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak mempunyai dimensi dan merupakan nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia berharga α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun anggaran sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya hendak memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau semakin sinar foton gama. Bila elektron dan positronnya mempunyai momentum yang dapat diabaikan, atom positronium dapat terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi dapat berganti diproduksi menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu ronde yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di tidak jauhnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal dapat terlihat bergabung diproduksi menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan dapat terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron dapat terikat pada inti atom melewati gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Bila banyak elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan menggunakan fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom mempunyai satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya dapat direbut oleh dua elektron, yang harus berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron dapat berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya melewati emisi ataupun absorpsi foton yang energinya sesuai dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Perkara perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Supaya dapat melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi semakin tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik sebuah atom yaitu setera dengan banyak vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan dapat diabaikan bila dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) hendak saling membubarkan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk melewati perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada struktur molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang sepasang mempunyai spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan mempunyai distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron sepasang yang terlibat dalam ikatan, elektron dapat ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar kawasan inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron sepasang yang tidak terlibat dalam ikatan, dia dapat terdistribusi pada ruang yang lapang di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan sebagai menghasilkan petir dapat dihasilkan melewati efek tribolistrik.[103][104]

Bila sebuah benda mempunyai elektron yang mempunyai semakinnya atau kurang dari yang diperlukan sebagai menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut hendak mempunyai muatan listrik. Ketika terdapat elektron mempunyai semakinnya, benda tersebut diceritakan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari banyak proton dalam inti atom, benda tersebut diceritakan bermuatan positif. Ketika banyak elektron dan banyak proton yaitu sama, muatan keduanya membubarkan satu sama lainnya dan benda tersebut diceritakan bermuatan netral. Benda makro dapat diproduksi menjadi bermuatan listrik melewati penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang memainkan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya merupakan kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang mempunyai muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali memainkan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia hendak menghasilkan arus muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini pengahabisan hendak menghasilkan ajang magnetik. Sebaliknya, arus dapat diciptakan pula dengan mengubah ajang magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material mempunyai konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan kepadanya. Contoh benda yang mempunyai konduktivitas listrik yang patut (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam mempunyai struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi sebagian. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini tidak terikat pada atom apapun, sehingga ketika dialiri ajang listrik, elektron tersebut hendak memainkan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] melewati material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor mempunyai kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron kebanyakan yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam merupakan konduktor panas yang patut, utamanya diakibatkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali sebagai mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang menyalakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material dapat merasakan transisi fase yang menyebabkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini mempunyai gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron dapat menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang membuat hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper mempunyai jari-jari sekitar 100 nm, sehingga dapat bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi memainkan pekerjaan sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang mempunyai dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga merupakan kuasipartikel, ketika dikungkung secara sempit pada temperatur yang mendekati nol absolut, hendak berperilaku seolah-olah terbelah semakin jauh diproduksi menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon mempunyai spin dan momen magnetik, sedangkan holon mempunyai muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan semakinnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron hendak meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron dapat mendekati, tetapi tidak dapat sampai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya c diberi pokok ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron memainkan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini hendak menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia berasal dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, dirumuskan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford dapat mempercepat elektron sampai 51 GeV.[117] Angka mempunyai nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa sebuah elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali semakin besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik sebagai sebuah elektron yang memainkan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron dapat berperilaku seperti gelombang, dia hendak mempunyai karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Sebagai 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil sebagai menjelajahi struktur yang semakin kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang diakibatkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang merupakan teori ilmiah yang sangat lapang diterima sebagai penjelasan atas beragam tahapan awal evolusi lingkungan kehidupan semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur lingkungan kehidupan semesta semakin dari 10 milyar kelvin dan foton mempunyai energi rata-rata semakin dari satu juta elektronvolt. Foton ini mempunyai energi yang cukup sehingganya dapat bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi lingkungan kehidupan semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur lingkungan kehidupan semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali lingkungan kehidupan semesta dalam waktu singkat.[120]

Semasa ronde leptogenesis, terdapat banyak elektron yang semakin banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron dapat berjumlah semakin banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari ronde pemusnahan. Keunggulan banyak proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, menyebabkan muatan total lingkungan kehidupan semesta diproduksi menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah pengahabisan mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Ronde ini sampai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa pengahabisan menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang mempunyai semakinnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, ketika atom netral mulai terbentuk dan lingkungan kehidupan semesta yang mengembang diproduksi menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Anggaran satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh karena itu, terjadi penurunan banyak elektron yang disertai dengan peningkatan banyak neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, ronde evolusi bintang dapat pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut pengahabisan dapat menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh diproduksi menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada yang akhir sekali masa kehidupannya, bintang yang bermassa semakin dari 20 massa surya dapat menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat besar sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang dapat lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) dianggarkan diciptakan di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada ronde eksterior; ronde ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam pengahabisan dapat memasok energi yang mengubah partikel maya diproduksi menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya hendak mendapatkan energi negatif, yang menyebabkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada yang akhir sekalinya hendak menyebabkan lubang hitam "menguap" sampai yang akhir sekalinya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang memainkan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Semakin dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini merupakan sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer ronde atas melewati peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, dapat meluruh diproduksi menjadi elektron maupun positron. Oleh karena itu, sebagai pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh memerlukan alat yang mampu mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam ronde yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang mempunyai wujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron dapat menjalani osilasi plasma, yang merupakan gelombang yang diakibatkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini pengahabisan menghasilkan emisi energi yang dapat dideteksi menggunakan teleskop radio.[136]

Frekuensi sebuah foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu hendak menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lapang, garis-garis absorpsi tertentu hendak muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan hendak menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap daya dan lapang garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu dapat dipantau menggunakan detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu kawasan tertentu sebagai masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning dapat memerangkap satu elektron tunggal dalam periode waktu 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah sampai presisi pengukuran sampai 11 digit. Pada ketika itu (1980), pengukuran ini semakin akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau sebagai awal mulanya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat dapat divisualisasikan menggunakan ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini menggunakan efek fotolistrik sebagai mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang digunakan sebagai menduga struktur awal material. ARPES dapat digunakan sebagai menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, sebuah model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron sebagai mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron digunakan dalam ronde pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada tujuan sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan kebanyakan tidak memerlukan bahan pokok. Teknik pengelasan ini harus diterapkan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum sampai target. Tekni ini dapat digunakan sebagai menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) merupakan suatu perkara pengetsaan semikonduktor dengan resolusi semakin kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya digunakan pada produksi sebanyak kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron digunakan sebagai mengiradiasi material supaya sifat-sifat fisikanya berganti ataupun sebagai tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner sebagai pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, kebanyakan sampai dengan 5 cm sebagai elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berfaedah sebagai mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron dapat digunakan sebagai mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel menggunakan ajang listrik sebagai membelokkan elektron dan antipartikelnya sampai energi tinggi. Oleh karena partikel ini memainkan usaha melewati ajang magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini dapat digunakan dalam beragam eksperimen. Radiasi sinkotron juga dapat digunakan sebagai pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu perkara penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron sebagai pengahabisan dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan sebagai menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan kebanyakan berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang menggunakan refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada beragam sudut rendah sebagai mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas kebanyakan berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan kepada suatu spesimen. Pada ketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berganti sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan dapat menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat juga

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya merupakan balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang mempunyai nilai positif sebagai proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   sebagai bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di semua volume bola partikel. Oleh karena satu ronde bola tersebut hendak menolak ronde yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan melewati teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Sebagai sebuah elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita hendak mendapatkan jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang disebut radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan menggunakan pendekatan sebagai nilai γ yang besar, kita hendak mendapatkan:
   

Referensi

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23. 

Pranala luar

• "The Discovery of the Electron". American Institute of Physics, Center for History of Physics. 
• "Particle Data Group". University of California. 
• Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3-540-64120-3. 

Page 5

Elektron
Anggaran teoritis rapatan elektron sebagai atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel landasan
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak mempunyai komponen landasan ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron mempunyai massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika suatu elektron bertumbukan dengan positron, keduanya probabilitas mampu saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron mempunyai sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia mampu bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak mampu menduduki kondisi kuantum yang sama berlandaskan dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak mampu dibagi-bagi lagi diteorikan sebagai menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf lingkungan kehidupan Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron diperkenalkan sebagai menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron sukses diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memperagakan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang melakukan usaha relatif terhadap pengamat hendak menghasilkan ajang magnetik dan lintasan elektron tersebut juga hendak dilengkungkan oleh ajang magnetik eksternal. Ketika suatu elektron dipercepat, dia mampu menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau lebih atom adalah karena utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam lingkungan kehidupan semesta dibuat pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga mampu dibuat melewati peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada ketika sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron mampu dihancurkan melewati pemusnahan dengan positron, maupun mampu diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern mampu dipakai sebagai berisi ataupun memantau elektron individual. Elektron mempunyai banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar mampu menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini adalah salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert membuat istilah baru electricus sebagai merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris sebagai kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) sebagai batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, lainnyanya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa pengahabisan, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang bermacam-macam, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif sebagai tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf lingkungan kehidupan Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang mempunyai muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang adalah muatan suatu ion monovalen. Dia sukses memperkirakan nilai muatan elementer e ini memakai Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak mampu dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa patut muatan positif dan negatif dibagi dibuat menjadi beberapa ronde elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney membuat istilah electron sebagai mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron adalah kombinasi kata electric dengan akhiran on, yang dipakai sekarang sebagai merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan dibuat menjadi lingkaran oleh ajang magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf menerapkan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan suatu pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia pengahabisan menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan melakukan usaha dari katode ke anode. Lebih jauh lagi, memakai ajang magnetik, dia mampu membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini mampu diterangkan memakai apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania kelahiran Jerman Arthur Schuster memperluas eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Ajang ini pengahabisan membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti lebih jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur besar pembelokan sinar berlandaskan dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster sukses memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, anggaran ini menghasilkan nilai yang seribu kali lebih besar daripada yang dianggarkan, sehingga anggaran ini tidak dipercayai pada ketika itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] menerapkan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar adalah partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat anggaran yang cukup patut dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia lebih jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron pengahabisan diajukan sebagai menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berlandaskan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium mampu dibelokkan oleh ajang listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron adalah komponen atom.[29][30]

Muatan elektron pengahabisan diukur lebih seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini memakai ajang listrik sebagai mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Alat yang dipakai dalam percobaan ini mampu mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah diterapkan oleh Thomson, memakai tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan memakai mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak lebih stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang lebih lambat, sehingga lebih cocok dipakai sebagai percobaan dalam periode waktu yang lama.[32]

Sekitar awal seratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang melakukan usaha cepat mampu menyebabkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson memakai prinsip ini sebagai mendirikan bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang melakukan usaha cepat sebagai difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Suatu elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang diterapkan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis besar telah sukses mendirikan model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron mempunyai dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berlandaskan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron mampu berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Memakai model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat sukses menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom dikawal oleh sepasang elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berlandaskan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan lebih lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut pengahabisan dibagi olehnya ke dalam sebanyak sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir sukses secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa struktur seperi kulit atom ini mampu diterangkan memakai empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi diduduki oleh tidak lebih dari satu elektron tunggal. Pelarangan mempunyainya lebih dari satu elektron menduduki kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang mempunyai dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga mampu mempunyai momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini pengahabisan dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan memakai orbital, yang adalah suatu distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, ronde berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang mempunyai energi berlandaskan dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi mempunyai gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi mampu menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel mampu didemonstrasikan ketika dia mampu ditunjukkan mempunyai posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada waktu apapun.[43] Sifat seperti gelombang mampu dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melewati celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini sukses ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson memakai film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer memakai kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie ikut membantu Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berlanjutnya waktu, persamaan gelombang ini mampu dipakai sebagai memprediksikan probabilitas penemuan suatu elektron tidak jauh suatu posisi. Pendekatan ini pengahabisan disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan anggaran kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron dianggarkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom lebih tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berlandaskan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum ajang elektro-magnetik.[47] Supaya mampu memecahkan beragam masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai samudra partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron dipakai sebagai istilah generik sebagai merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang mampu ditemukan sekarang, dan mampu disingkat dibuat menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada waktu yang bersamaan, Polykarp Kusch, melakukan pekerjaan dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit lebih besar daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini pengahabisan disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Sebagai memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada yang belakang sekali tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan mengembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama seratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji lebih dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang sukses mempercepat elektron memakai induksi elektromagnetik diterapkan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awal mulanya sampai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron berikutnya sukses sampai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan memakai sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini diakibatkan oleh percepatan elektron yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya melewati ajang magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif menggandakan energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 sukses sampai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan sukses membuat pengukuran sebagai Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron mempunyai pada ronde kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron mempunyai massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa lebih besar. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak mempunyai interaksi kuat. Semua bagian golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya mempunyai spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian suatu elektron yaitu anggaran 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berlandaskan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap berharga sama sangat tidak selama setengah usia lingkungan kehidupan semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron mempunyai muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang dipakai sebagai satuan standar sebagai muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun mempunyai tanda positif.[63] Oleh karena simbol e dipakai sebagai merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia mempunyai ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron mempunyai momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini biasanya dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Sebagai partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah mampu berharga ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga mempunyai momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron anggaran sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak mempunyai substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karenanya, dia dirumuskan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat suatu tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang berharga 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari anggaran sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak mempunyai hubungan apapun dengan struktur landasan elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh dibuat menjadi partikel yang lebih ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh dibuat menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron dianggarkan stabil secara teoritis: elektron adalah partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya hendak melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen sebagai rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron mampu berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan mampu ditunjukkan memakai percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel mampu dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi berharga kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini hendak memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel tidak jauh seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik sebagai kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Bila partikel bertukar posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron lainnyanya tidak mampu dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa sepasang elektron yang berinteraksi haruslah mampu bertukar posisi tanpa mempunyainya perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berganti tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berganti ketika berganti tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berganti. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton mempunyai fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang sebagai elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang berharga nol sebagai tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan membuat banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan sebagai membuat partikel-partikel ini beserta waktu keberadaan partikel ini mempunyai dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan sebagai membuat partikel maya ini, ΔE, mampu "dipinjam" dari kondisi vakum sebagai periode waktu Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak lebih dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga sebagai elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak tidak jauh suatu elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari ajang listrik sekitar elektron menyebabkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini menyebabkan polarisasi vakum. Pada landasannya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang mempunyai permitivitas dielektrik lebih besar dari satu. Sehingga muatan efektif suatu elektron biasanya lebih kecil daripada nilai aslinya, dan muatan hendak menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 memakai pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya menyebabkan efek pemerisaian sebagai massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan kelainan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian besar elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karenanya, pemikiran elektron tak berdimensi yang mempunyai momentum sudut dan momen magnetik rupa-rupanya tidak konsisten. Paradoks ini mampu diterangkan memakai pembentukan foton maya dalam ajang listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini menyebabkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan ajang listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Daya gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron melakukan usaha, dia menghasilkan ajang magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan ajang magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Ajang elektromagnetik partikel bermuatan yang melakukan usaha diekspresikan memakai potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan sebagai partikel yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Suatu partikel bermuatan q (kiri) melakukan usaha dengan kecepatan v melewati ajang magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Sebagai suatu elektron, q berharga negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika suatu elektron melakukan usaha melewati ajang magnetik, gaya Lorentz hendak memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap ronde ajang magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini menyebabkan lintasan elektron mempunyai wujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron sebagai memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini pengahabisan mampu mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang membuat gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini diakibatkan oleh reaksi balik ajang elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak mampu memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya mampu mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi mampu terjadi ketika elektron yang melakukan usaha dibelokkan oleh suatu partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh ajang listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang suatu foton (cahaya) dengan suatu elektron lepas sama sekali disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sebanyak geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Sebagai suatu elektron, ini berharga 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang dibuat menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.[90]

Daya relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak mempunyai dimensi dan adalah nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia berharga α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun anggaran sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya hendak memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau lebih sinar foton gama. Bila elektron dan positronnya mempunyai momentum yang mampu diabaikan, atom positronium mampu terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi mampu berganti dibuat menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu ronde yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di tidak jauhnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal mampu terlihat bergabung dibuat menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan mampu terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron mampu terikat pada inti atom melewati gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Bila banyak elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan memakai fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom mempunyai satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya mampu diduduki oleh dua elektron, yang harus berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron mampu berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya melewati emisi ataupun absorpsi foton yang energinya berlandaskan dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Perkara perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Supaya mampu melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi lebih tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik suatu atom yaitu setera dengan banyak vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan mampu diabaikan bila dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) hendak saling meniadakan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk melewati perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada struktur molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang sepasang mempunyai spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan mempunyai distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron sepasang yang terlibat dalam ikatan, elektron mampu ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar kawasan inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron sepasang yang tidak terlibat dalam ikatan, dia mampu terdistribusi pada ruang yang luas di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan sebagai menghasilkan petir mampu dihasilkan melewati efek tribolistrik.[103][104]

Bila suatu benda mempunyai elektron yang mempunyai lebihnya atau kurang dari yang diperlukan sebagai menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut hendak mempunyai muatan listrik. Ketika terdapat elektron mempunyai lebihnya, benda tersebut diceritakan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari banyak proton dalam inti atom, benda tersebut diceritakan bermuatan positif. Ketika banyak elektron dan banyak proton yaitu sama, muatan keduanya meniadakan satu sama lainnya dan benda tersebut diceritakan bermuatan netral. Benda makro mampu dibuat menjadi bermuatan listrik melewati penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang melakukan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya adalah kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang mempunyai muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali melakukan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia hendak menghasilkan arus muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini pengahabisan hendak menghasilkan ajang magnetik. Sebaliknya, arus mampu dibuat pula dengan mengubah ajang magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis memakai persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material mempunyai konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan kepadanya. Contoh benda yang mempunyai konduktivitas listrik yang patut (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam mempunyai struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi beberapa. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini tidak terikat pada atom apapun, sehingga ketika dialiri ajang listrik, elektron tersebut hendak melakukan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] melewati material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor mempunyai kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron biasanya yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam adalah konduktor panas yang patut, utamanya diakibatkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali sebagai mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang menyalakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material mampu merasakan transisi fase yang menyebabkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini mempunyai gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron mampu menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang membuat hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper mempunyai jari-jari sekitar 100 nm, sehingga mampu bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi melakukan pekerjaan sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang mempunyai dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga adalah kuasipartikel, ketika dikungkung secara ketat pada temperatur yang mendekati nol absolut, hendak berperilaku seolah-olah terbelah lebih jauh dibuat menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon mempunyai spin dan momen magnetik, sedangkan holon mempunyai muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan lebihnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron hendak meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron mampu mendekati, tetapi tidak mampu sampai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang melakukan usaha mendekati kecepatan cahaya c diisi ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron melakukan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini hendak menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia berasal dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, dirumuskan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford mampu mempercepat elektron sampai 51 GeV.[117] Angka mempunyai nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa suatu elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali lebih besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik sebagai suatu elektron yang melakukan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron mampu berperilaku seperti gelombang, dia hendak mempunyai karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Sebagai 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil sebagai menjelajahi struktur yang lebih kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang diakibatkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang adalah teori ilmiah yang sangat luas diterima sebagai penjelasan atas beragam tahapan awal evolusi lingkungan kehidupan semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur lingkungan kehidupan semesta lebih dari 10 milyar kelvin dan foton mempunyai energi rata-rata lebih dari satu juta elektronvolt. Foton ini mempunyai energi yang cukup sehingganya mampu bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi lingkungan kehidupan semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur lingkungan kehidupan semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali lingkungan kehidupan semesta dalam waktu singkat.[120]

Semasa ronde leptogenesis, terdapat banyak elektron yang lebih banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron mampu berjumlah lebih banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari ronde pemusnahan. Kelebihan banyak proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, menyebabkan muatan total lingkungan kehidupan semesta dibuat menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah pengahabisan mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Ronde ini sampai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa pengahabisan menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang mempunyai lebihnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, ketika atom netral mulai terbentuk dan lingkungan kehidupan semesta yang mengembang dibuat menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Anggaran satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh karenanya, terjadi penurunan banyak elektron yang disertai dengan peningkatan banyak neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, ronde evolusi bintang mampu pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut pengahabisan mampu menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh dibuat menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada yang belakang sekali masa kehidupannya, bintang yang bermassa lebih dari 20 massa surya mampu menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat besar sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang mampu lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) dianggarkan dibuat di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada ronde eksterior; ronde ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam pengahabisan mampu memasok energi yang mengubah partikel maya dibuat menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya hendak mendapatkan energi negatif, yang menyebabkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada yang belakang sekalinya hendak menyebabkan lubang hitam "menguap" sampai yang belakang sekalinya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang melakukan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Lebih dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini adalah sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer ronde atas melewati peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, mampu meluruh dibuat menjadi elektron maupun positron. Oleh karenanya, sebagai pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh membutuhkan alat yang mampu mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam ronde yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang mempunyai wujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron mampu menjalani osilasi plasma, yang adalah gelombang yang diakibatkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini pengahabisan menghasilkan emisi energi yang mampu dideteksi memakai teleskop radio.[136]

Frekuensi suatu foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu hendak menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lebar, garis-garis absorpsi tertentu hendak muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan hendak menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap daya dan lebar garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu mampu dipantau memakai detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu kawasan tertentu sebagai masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning mampu memerangkap satu elektron tunggal dalam periode waktu 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah sampai presisi pengukuran sampai 11 digit. Pada ketika itu (1980), pengukuran ini lebih akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini memakai kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau sebagai awal mulanya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat mampu divisualisasikan memakai ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini memakai efek fotolistrik sebagai mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang dipakai sebagai menduga struktur awal material. ARPES mampu dipakai sebagai menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, suatu model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron sebagai mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron dipakai dalam ronde pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada tujuan sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan biasanya tidak membutuhkan bahan isi. Teknik pengelasan ini harus diterapkan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum sampai target. Tekni ini mampu dipakai sebagai menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas memakai teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) adalah suatu perkara pengetsaan semikonduktor dengan resolusi lebih kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya dipakai pada produksi sebanyak kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron dipakai sebagai mengiradiasi material supaya sifat-sifat fisikanya berganti ataupun sebagai tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner sebagai pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, biasanya sampai dengan 5 cm sebagai elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berguna sebagai mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron mampu dipakai sebagai mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel memakai ajang listrik sebagai membelokkan elektron dan antipartikelnya sampai energi tinggi. Oleh karena partikel ini melakukan usaha melewati ajang magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini mampu dipakai dalam beragam eksperimen. Radiasi sinkotron juga mampu dipakai sebagai pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau memakai detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu perkara penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron sebagai pengahabisan dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan sebagai menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan biasanya berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang memakai refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada beragam sudut rendah sebagai mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas biasanya berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan kepada suatu spesimen. Pada ketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berganti sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan mampu menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat juga

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya adalah balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang mempunyai nilai positif sebagai proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   sebagai bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di semua volume bola partikel. Oleh karena satu ronde bola tersebut hendak menolak ronde yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan melewati teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Sebagai suatu elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita hendak mendapatkan jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang disebut radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan memakai pendekatan sebagai nilai γ yang besar, kita hendak mendapatkan:
   

Referensi

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23. 

Pranala luar

• "The Discovery of the Electron". American Institute of Physics, Center for History of Physics. 
• "Particle Data Group". University of California. 
• Bock, R.K.; Vasilescu, A. (1998). The Particle Detector BriefBook (14th ed.). Springer. ISBN 3-540-64120-3. 

Page 6

Dalam aspek kimia, elektron valensi yaitu elektron-elekron sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. Elektron-elektron valensi yang mempunyai di sebuah atom netral lepas sama sekali dapat berikatan dengan elektron-elektron valensi atom lain bagi membentuk ikatan kimia. Dalam ikatan kovalen tunggal, kedua atom menyumbang satu elektron valensi bagi membentuk pasangan bersama.

Bagi unsur kelompok utama, elektron-elektron dalam kulit terluar yaitu elektron valensinya. Bagi logam transisi, beberapa elektron kulit yang semakin dalam juga yaitu elektron valensi.

Elektron valensi dapat memilihkan bagaimana ciri-ciri kimia unsur tersebut dan apakah unsur tersebut dapat berikatan dengan yang lain atau tidak.

Elektron valensi berdaya, seperti elektron dalam kulit yang semakin dalam, bagi menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton. Terserapnya atau terlepasnya energi dapat membikin sebuah elektron beralih (melompat) ke kulit yang lain atau bahkan terlepas dari atom dan kulit valensinya.

Banyak elektron valensi

Bagi unsur kelompok utama, kelompoknya (kolom vertikal) dipastikan oleh banyaknya elektron valensi sebuah unsur. Bagi kelompok logam transisi, kelompoknya yaitu banyaknya elektron valensi unsur tersebut.

Tabel periodik unsur-unsur kimia.

* Metode anggaran elektron valensi yang biasa kebanyakan tidak berlanjut bagi logam transisi.

** Kecuali helium yang hanya mempunyai 2 elektron valensi.

Pranala luar

1. Francis, Eden. Valence Electrons.

Page 7

Dalam aspek kimia, elektron valensi adalah elektron-elekron sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. Elektron-elektron valensi yang mempunyai di sebuah atom netral lepas sama sekali dapat berikatan dengan elektron-elektron valensi atom lain bagi membentuk ikatan kimia. Dalam ikatan kovalen tunggal, kedua atom menyumbang satu elektron valensi bagi membentuk pasangan bersama.

Bagi unsur kelompok utama, elektron-elektron dalam kulit terluar adalah elektron valensinya. Bagi logam transisi, beberapa elektron kulit yang semakin dalam juga adalah elektron valensi.

Elektron valensi dapat memilihkan bagaimana ciri-ciri kimia unsur tersebut dan apakah unsur tersebut dapat berikatan dengan yang lain atau tidak.

Elektron valensi berdaya, seperti elektron dalam kulit yang semakin dalam, bagi menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton. Terserapnya atau terlepasnya energi dapat membikin sebuah elektron beralih (melompat) ke kulit yang lain atau bahkan terlepas dari atom dan kulit valensinya.

Banyak elektron valensi

Bagi unsur kelompok utama, kelompoknya (kolom vertikal) dipastikan oleh banyaknya elektron valensi sebuah unsur. Bagi kelompok logam transisi, kelompoknya adalah banyaknya elektron valensi unsur tersebut.

Tabel periodik unsur-unsur kimia.

* Metode anggaran elektron valensi yang biasa kebanyakan tidak berlanjut bagi logam transisi.

** Kecuali helium yang hanya mempunyai 2 elektron valensi.

Pranala luar

1. Francis, Eden. Valence Electrons.

Page 8

Dalam aspek kimia, elektron valensi adalah elektron-elekron sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. Elektron-elektron valensi yang mempunyai di sebuah atom netral lepas sama sekali dapat berikatan dengan elektron-elektron valensi atom lain bagi membentuk ikatan kimia. Dalam ikatan kovalen tunggal, kedua atom menyumbang satu elektron valensi bagi membentuk pasangan bersama.

Bagi unsur kelompok utama, elektron-elektron dalam kulit terluar adalah elektron valensinya. Bagi logam transisi, beberapa elektron kulit yang semakin dalam juga adalah elektron valensi.

Elektron valensi dapat memilihkan bagaimana ciri-ciri kimia unsur tersebut dan apakah unsur tersebut dapat berikatan dengan yang lain atau tidak.

Elektron valensi berdaya, seperti elektron dalam kulit yang semakin dalam, bagi menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton. Terserapnya atau terlepasnya energi dapat membikin sebuah elektron beralih (melompat) ke kulit yang lain atau bahkan terlepas dari atom dan kulit valensinya.

Banyak elektron valensi

Bagi unsur kelompok utama, kelompoknya (kolom vertikal) dipastikan oleh banyaknya elektron valensi sebuah unsur. Bagi kelompok logam transisi, kelompoknya adalah banyaknya elektron valensi unsur tersebut.

Tabel periodik unsur-unsur kimia.

* Metode anggaran elektron valensi yang biasa kebanyakan tidak berlanjut bagi logam transisi.

** Kecuali helium yang hanya mempunyai 2 elektron valensi.

Pranala luar

1. Francis, Eden. Valence Electrons.

Page 9

Dalam aspek kimia, elektron valensi yaitu elektron-elekron sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. Elektron-elektron valensi yang mempunyai di sebuah atom netral lepas sama sekali dapat berikatan dengan elektron-elektron valensi atom lain bagi membentuk ikatan kimia. Dalam ikatan kovalen tunggal, kedua atom menyumbang satu elektron valensi bagi membentuk pasangan bersama.

Bagi unsur kelompok utama, elektron-elektron dalam kulit terluar yaitu elektron valensinya. Bagi logam transisi, beberapa elektron kulit yang semakin dalam juga yaitu elektron valensi.

Elektron valensi dapat memilihkan bagaimana ciri-ciri kimia unsur tersebut dan apakah unsur tersebut dapat berikatan dengan yang lain atau tidak.

Elektron valensi berdaya, seperti elektron dalam kulit yang semakin dalam, bagi menyerap atau melepas energi dalam bentuk foton. Terserapnya atau terlepasnya energi dapat membikin sebuah elektron beralih (melompat) ke kulit yang lain atau bahkan terlepas dari atom dan kulit valensinya.

Banyak elektron valensi

Bagi unsur kelompok utama, kelompoknya (kolom vertikal) dipastikan oleh banyaknya elektron valensi sebuah unsur. Bagi kelompok logam transisi, kelompoknya yaitu banyaknya elektron valensi unsur tersebut.

Tabel periodik unsur-unsur kimia.

* Metode anggaran elektron valensi yang biasa kebanyakan tidak berlanjut bagi logam transisi.

** Kecuali helium yang hanya mempunyai 2 elektron valensi.

Pranala luar

1. Francis, Eden. Valence Electrons.

Page 10

Elektron
Kira-kira teoritis rapatan elektron untuk atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi:	Partikel dasar
Keluarga:	Fermion
Kelompok:	Lepton
Generasi:	Pertama
Interaksi:	Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol:	e−, β−
Antipartikel:	Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas:	Richard Laming (1838–1851), G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu:	J. J. Thomson (1897)[1]
Massa:	9,10938215(45) × 10-31 kg 5,4857990943(23) × 10-4 u [1822,88850204(77)]−1 u[cat 1] 0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik:	−1 e[cat 2] -1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik:	−1,00115965218111 μB
Spin:	1⁄2

Elektron yaitu partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagai e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang dikenal, sehingga dia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Momentum sudut (spin) instrinsik elektron yaitu setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berfaedah bahwa dia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya probabilitas dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan berpasangan (atau lebih) foton sinar gama.

Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga dia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berlainan tidak dapat merebut kondisi kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.[4]

Pemikiran muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan untuk menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf lingkungan kehidupan Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron dikenalkan untuk menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]

Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memperagakan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang memainkan usaha relatif terhadap pengamat hendak menghasilkan ajang magnetik dan lintasan elektron tersebut juga hendak dilengkungkan oleh ajang magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, dia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam wujud foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb selang elektron dengan proton mengakibatkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron selang dua atau semakin atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan kimia.[8]

Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam lingkungan kehidupan semesta diciptakan pada peristiwa Big Bang (ledakan besar), namun dia juga dapat diciptakan menempuh peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada ketika sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan menempuh pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat dipakai untuk berisi ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

Sejarah

Orang Yunani Lawas memperhatikan bahwa ambar dapat menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu binatang. Selain petir, fenomena ini merupakan salah satu catatan terawal manusia tentang listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert menciptakan istilah baru electricus untuk merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris untuk kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) untuk batu ambar.

Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, yang lainnya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa kemudian, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang berjenis-jenis, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berlainan. Dia memberikan tatanama muatan positif dan negatif untuk tekanan yang berlainan ini.[12][13]

Selang tahun 1838 dan 1851, filsuf lingkungan kehidupan Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang memiliki muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan teori bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang merupakan muatan sebuah ion monovalen. Dia berhasil memperkirakan nilai muatan elementer e ini menggunakan Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak dapat dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berdebat bahwa benar muatan positif dan negatif dibagi menjadi beberapa proses elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]

Pada tahun 1894, Stoney menciptakan istilah electron untuk mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron merupakan kombinasi kata electric dengan imbuhan belakang on, yang dipakai sekarang untuk merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

Penemuan elektron

Seberkas elektron dibelokkan menjadi lingkaran oleh ajang magnet[19]

Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf melaksanakan kajian tentang konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, dia menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katode yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan dia menamakannya sinar katode.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katode pertama yang vakum.[21] Dia kemudian menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan memainkan usaha dari katode ke anode. Semakin jauh lagi, menggunakan ajang magnetik, dia dapat membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah dia bermuatan negatif.[22][23] Pada tahun 1879, dia mengajukan bahwa sifat-sifat ini dapat diterangkan menggunakan apa yang dia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Dia mengajukan ini yaitu kondisi materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katode.[24]

Fisikawan Britania lahir Jerman Arthur Schuster menambah lapang eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katode dan memberikan potensial listrik selang dua pelat tersebut. Ajang ini kemudian membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti semakin jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur agung pembelokan sinar sesuai dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster berhasil memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, kira-kira ini menghasilkan nilai yang seribu kali semakin agung daripada yang dianggarkan, sehingga kira-kira ini tidak dipercayai pada ketika itu.[22][25]

Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] melaksanakan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katode benar-benar merupakan partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat kira-kira yang cukup benar dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katode, yang dia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah dikenal (hidrogen).[7] Dia menunjukkan bahwa nisbah massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katode. Dia semakin jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron kemudian diajukan untuk menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dst-nya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]

Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Dia melabeli partikel ini partikel alfa dan partikel beta berdasarkan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium dapat dibelokkan oleh ajang listrik, dan rasio massa terhadap muatannya yaitu sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katode.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron merupakan komponen atom.[29][30]

Muatan elektron kemudian diukur semakin seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini menggunakan ajang listrik untuk mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai dampak dari gravitasi. Peralatan yang dipakai dalam percobaan ini dapat mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kekeliruan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah dilakukan oleh Thomson, menggunakan tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan menggunakan mikropartikel logam bermuatan. Dia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak semakin stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang semakin lambat, sehingga semakin cocok dipakai untuk percobaan dalam periode masa yang lama.[32]

Sekitar awal masa seratus tahun ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang memainkan usaha cepat dapat mengakibatkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson menggunakan prinsip ini untuk membangun bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang memainkan usaha cepat untuk difoto.[33]

Teori atom

Model atom Bohr, menunjukkan kondisi elektron dengan energi terkuantisasi n. Sebuah elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih energi antar orbit.

Pada tahun 1914, percobaan yang dilakukan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis agung telah berhasil membangun model bangun atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron berada dalam kondisi energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berdasarkan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron dapat berpindah dari satu kondisi ke kondisi lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Menggunakan model orbit terkuantisasi ini, dia secara akurat berhasil menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang semakin kompleks.[34]

Ikatan kimia antaratom diterangkan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen selang dua atom dikawal oleh berpasangan elektron yang dibagikan di selang dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh tentang formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berdasarkan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan semakin lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut kemudian dibagi olehnya ke dalam sejumlah sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir berhasil secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]

Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memperhatikan bahwa bangun seperi kulit atom ini dapat diterangkan menggunakan empat parameter yang menentukan tiap-tiap kondisi energi kuantum sepanjang tiap kondisi ditinggali oleh tidak semakin dari satu elektron tunggal. Pelarangan hal benar semakin dari satu elektron merebut kondisi energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang memiliki dua nilai berlainan, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga dapat memiliki momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini kemudian dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan bangun halus.[41]

Mekanika kuantum

Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom diterangkan menggunakan orbital, yang merupakan sebuah distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, proses berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang memiliki energi sesuai dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.

Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset tentang Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi memiliki gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berfaedah bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi dapat menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel dapat didemonstrasikan ketika dia dapat ditunjukkan memiliki posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada masa apapun.[43] Sifat seperti gelombang dapat dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan menempuh celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi.

Pada tahun 1927, efek interferensi ini berhasil ditunjukkan juga berjalan untuk berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson menggunakan film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer menggunakan kristal nikel.[44] Suksesnya prediksi de Broglie turut membantu Erwin Schrödinger yang pada tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berjalannya masa, persamaan gelombang ini dapat dipakai untuk memprediksikan probabilitas penemuan sebuah elektron tidak jauh sebuah posisi. Pendekatan ini kemudian disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan kira-kira kondisi energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Ketika spin dan interaksi selang banyak elektron diperhitungkan, mekanika kuantum memungkinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom semakin tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]

Pada tahun 1928, berdasarkan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan melaksanakan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum ajang elektro-magnetik.[47] Agar dapat memecahkan berbagai masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai lautan partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron dipakai sebagai istilah generik untuk merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang sedang dapat ditemukan sekarang, dan dapat disingkat menjadi 'negaton'.[49][50]

Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjananya Robert Retherford, menemukan bahwa kondisi kuantum tertentu atom hidrogen, yang seharusnya berenergi sama, bergeser relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada masa yang bersamaan, Polykarp Kusch, memainkan pekerjaan dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit semakin agung daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini kemudian disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Untuk memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada kesudahan tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan berkembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama masa seratus tahun ke-20, fisikawan mulai mengkaji semakin dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang berhasil mempercepat elektron menggunakan induksi elektromagnetik dilakukan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awal mulanya mencapai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron kemudian berhasil mencapai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkrotron ditemukan menggunakan sinkrotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini disebabkan oleh percepatan elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya menempuh ajang magnetik.[53]

Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif menjadikan lebih banyak energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 berhasil mencapai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan berhasil membuat pengukuran untuk Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

Klasifikasi

Model Standar partikel elementer. Elektron berada pada proses kiri bawah.

Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa yang terendah di selang lepton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa semakin agung. Lepton berlainan dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak memiliki interaksi kuat. Semua proses golongan lepton yaitu termask fermion karena semuanya memiliki spin 1⁄2.[59]

Ciri-ciri fundamental

Massa invarian sebuah elektron yaitu kira-kira 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berdasarkan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini setara dengan energi rihat 0,511 MeV. Rasio selang massa proton dengan massa elektron yaitu sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap bernilai sama paling tidak selama setengah usia lingkungan kehidupan semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]

Elektron memiliki muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang dipakai sebagai satuan standar untuk muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron yaitu sama dengan muatan proton, namun memiliki tanda positif.[63] Oleh karena simbol e dipakai untuk merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e−, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena dia memiliki ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]

Elektron memiliki momentum sudut intrinsik atau spin senilai 1⁄2.[60] Sifat ini kebanyakan dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-1⁄2.[59] Untuk partikel seperti ini, besaran spinnya yaitu √3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah dapat bernilai ±ħ⁄2. Selain spin, elektron juga memiliki momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron kira-kira sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]

Elektron tidak memiliki substruktur yang dikenal.[2][66] Oleh karena itu, dia diartikan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantauan pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batas atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat sebuah tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang bernilai 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari kira-kira sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak memiliki hubungan apapun dengan bangun dasar elektron.[68][cat 5]

Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh menjadi partikel yang semakin ringan. Misalnya yaitu muon yang meluruh menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan masa paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron dianggarkan stabil secara teoritis: elektron merupakan partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya hendak melanggar kekekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen untuk rata-rata umur paruh elektron yaitu 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron dapat berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan dapat ditunjukkan menggunakan percobaan celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengizinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel dapat dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi bernilai kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini hendak memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel tidak jauh seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik untuk kondisi kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Jika partikel berganti posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.

Elektron yang satu dengan elektron yang lainnya tidak dapat dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berfaedah bahwa berpasangan elektron yang berinteraksi haruslah dapat berganti posisi tanpa hal benar perubahan kondisi sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, yaitu antisimetrik, berfaedah bahwa dia berganti tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 yaitu elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berganti ketika berganti tanda, ini berfaedah bahwa terdapat probabilitas yang tidak berganti. Berlainan dengan fermion, boson seperti foton memiliki fungsi gelombang simterik.[71]

Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang untuk elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang bernilai nol untuk tiap pasangan elektron merebut lokasi ataupun kondisi yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan menciptakan banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta.[72] Kombinasi variasi energi yang diperlukan untuk menciptakan partikel-partikel ini beserta masa keberadaan partikel ini berada dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan untuk menciptakan partikel maya ini, ΔE, dapat "dipinjam" dari kondisi vakum untuk periode masa Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak semakin dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga untuk elektron maya, Δt terlamanya yaitu 1,3 × 10-21 s.[73]

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak tidak jauh sebuah elektron (kiri bawah)

Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari ajang listrik sekitar elektron mengakibatkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta merasakan gaya tolak. Ini mengakibatkan polarisasi vakum. Pada dasarnya, kondisi vakum berperilaku seperti media yang memiliki permitivitas dielektrik semakin agung dari satu. Sehingga muatan efektif sebuah elektron kebanyakan semakin kecil daripada nilai aslinya, dan muatan hendak menjadi kurang dengan meningkatnya jarak dari elektron.[74][75] Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 menggunakan pemercepat partikel Jepang.[76] Partikel-partikel maya mengakibatkan efek pemerisaian untuk massa elektron.[77]

Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan penyimpangan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr.[64][78] Kesesuaian yang sangat tepat selang perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian agung elektrodinamika kuantum.[79]

Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karena itu, pemikiran elektron tak berdimensi yang memiliki momentum sudut dan momen magnetik tampaknya tidak konsisten. Paradoks ini dapat diterangkan menggunakan pembentukan foton maya dalam ajang listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini mengakibatkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung),[80] yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.[4][81] Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.[74]

Interaksi

Elektron menghasilkan ajang listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Daya gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.[82] Ketika elektron memainkan usaha, dia menghasilkan ajang magnetik.[83] Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan ajang magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Ajang elektromagnetik partikel bermuatan yang memainkan usaha diekspresikan menggunakan potensial Liénard–Wiechert, yang berjalan bahkan untuk partikel yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya.

Sebuah partikel bermuatan q (kiri) memainkan usaha dengan kecepatan v menempuh ajang magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Untuk sebuah elektron, q bernilai negatif, sehingga dia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.

Ketika sebuah elektron memainkan usaha menempuh ajang magnetik, gaya Lorentz hendak memengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap proses ajang magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini mengakibatkan lintasan elektron berwujud heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron untuk memancarkan energi dalam wujud radiasi sinkrotron.[84][85][cat 6] Emisi energi ini kemudian dapat mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang menciptakan gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini disebabkan oleh reaksi balik ajang elektron terhadap dirinya sendiri.[86]

Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik selang partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak dapat memancar ataupun menyerap foton; apabila dia menyerap atau memancarkan foton, ini berfaedah pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya dapat mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Yaitu pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb.[87] Emisi energi dapat terjadi ketika elektron yang memainkan usaha dibelokkan oleh sebuah partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.[88]

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh ajang listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.

Tumbukan lenting selang sebuah foton (cahaya) dengan sebuah elektron lepas sama sekali disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sejumlah geseran Compton.[cat 7] Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini yaitu h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton.[89] Untuk sebuah elektron, ini bernilai 2,43 × 10−12 m.[60] Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak yaitu 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang menjadi sangat kecil. Interaksi selang cahaya dengan elektron lepas sama sekali seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.[90]

Daya relatif interaksi elektromagnetik selang dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta bangun halus. Nilai konstanta ini tidak memiliki dimensi dan merupakan nisbah dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Dia bernilai α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun kira-kira sama dengan 1⁄137.[60]

Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya hendak memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau semakin sinar foton gama. Jika elektron dan positronnya memiliki momentum yang dapat diabaikan, atom positronium dapat terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV.[91][92] Di sisi lain, foton berenergi tinggi dapat berganti menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu proses yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di tidak jauhnya, seperti inti atom.[93][94]

Atom dan molekul

Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal dapat terlihat bergabung menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan dapat terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah

Elektron dapat terikat pada inti atom menempuh gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Jika banyak elektron berlainan dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan menggunakan fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom memiliki satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya dapat ditinggali oleh dua elektron, yang harus berlainan dalam bilangan kuantum spinnya.

Elektron dapat berpindah dari satu orbital ke orbital lainnya menempuh emisi ataupun absorpsi foton yang energinya sesuai dengan perbedaan potensial antar orbital.[95] Kegiatan perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger.[96] Agar dapat melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi semakin tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.[97]

Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, dia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Semuanya momen magnetik sebuah atom yaitu setera dengan banyak vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin semuanya elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan dapat diabaikan jika dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang merebut orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) hendak saling mencerai-beraikan.[98]

Ikatan kimia antaratom terjadi sebagai dampak dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang diterangkan oleh hukum mekanika kuantum.[99] Ikatan yang terkuat terbentuk menempuh perkongsian elektron maupun transfer elektron di selang atom-atom, mengizinkan terbentuknya molekul.[8] Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron merebut orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang merebut orbital atom pada atom lepas sama sekali.[100] Faktor mendasar pada bangun molekul yaitu keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang berpasangan memiliki spin yang berlawanan, mengizinkan keduanya merebut orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berlainan memiliki distribusi spasial rapatan elektron yang berlainan pula. Sebagai misalnya, pada elektron berpasangan yang terlibat dalam ikatan, elektron dapat ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar daerah inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron berpasangan yang tidak terlibat dalam ikatan, dia dapat terdistribusi pada ruang yang lapang di sekitar inti atom.[101]

Konduktivitas

Petir utamanya terdiri dari arus elektron.[102] Potensial listrik yang diperlukan untuk menghasilkan petir dapat dihasilkan menempuh efek tribolistrik.[103][104]

Jika sebuah benda memiliki elektron yang benar semakinnya atau kurang dari yang diperlukan untuk menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut hendak memiliki muatan listrik. Ketika terdapat elektron benar semakinnya, benda tersebut dituturkan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari banyak proton dalam inti atom, benda tersebut dituturkan bermuatan positif. Ketika banyak elektron dan banyak proton yaitu sama, muatan keduanya mencerai-beraikan satu sama lainnya dan benda tersebut dituturkan bermuatan netral. Benda makro dapat menjadi bermuatan listrik menempuh penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.[105]

Elektron tunggal yang memainkan usaha dalam vakum diistilahkan sebagai elektron lepas sama sekali. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah lepas sama sekali. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya merupakan kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang memiliki muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berlainan.[106] Ketika elektron lepas sama sekali memainkan usaha dalam vakum ataupun dalam logam, dia hendak menghasilkan arus muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini kemudian hendak menghasilkan ajang magnetik. Sebaliknya, arus dapat diciptakan pula dengan mengubah ajang magnetik. Interaksi ini dinyatakan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell.[107]

Pada suhu tertentu, tiap-tiap material memiliki konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan untuknya. Contoh benda yang memiliki konduktivitas listrik yang benar (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon yaitu konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Sebaiknya logam memiliki bangun pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi sebagian. Keberadaan pita tersebut mengizinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah lepas sama sekali (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini bebas pada atom apapun, sehingga ketika dialiri ajang listrik, elektron tersebut hendak memainkan usaha lepas sama sekali seperti gas (gas fermi)[108] menempuh material tersebut seperti elektron lepas sama sekali.

Oleh karena tumbukan selang elektron dengan atom, kecepatan hanyutan elektron dalam konduktor memiliki kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron kebanyakan yaitu sekitar 75% kecepatan cahaya.[109] Ini terjadi karena sinyal elektrik merambat sebagai gelombang, yang kecepatannya tergantung dari konstanta dielektrik material atau bahan.[110]

Logam merupakan konduktor panas yang benar, utamanya disebabkan oleh elektron terdelokalisasi yang lepas sama sekali untuk mentranspor energi termal antaratom. Namun, berlainan dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam nyaris tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz,[108] yang menyalakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.[111]

Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material dapat merasakan transisi fase yang mengakibatkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki kondisi kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini memiliki gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron dapat menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang menciptakan hambatan listrik.[112] (Pasangan Cooper memiliki jari-jari sekitar 100 nm, sehingga dapat bertumpang tindih satu sama lain.)[113] Walaupun begitu, mekanisme tentang bagaimana superkonduktor temperatur tinggi memainkan pekerjaan sedang belumlah terpecahkan.

Elektron yang berada dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga merupakan kuasipartikel, ketika dikungkung secara sempit pada temperatur yang mendekati nol absolut, hendak berperilaku seolah-olah terbelah semakin jauh menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon.[114][115] Spinon memiliki spin dan momen magnetik, sedangkan holon memiliki muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan semakinnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron hendak meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron dapat mendekati, tetapi tidak dapat mencapai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang memainkan usaha mendekati kecepatan cahaya c diisi ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron memainkan usaha melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini hendak menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.[116]

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Dia bermula dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.

Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, diartikan sebagai

dengan me yaitu massa elektron. Sebagai misalnya, pemercepat linear Stanford dapat mempercepat elektron mencapai 51 GeV.[117] Angka memiliki nilai γ sebesar nyaris 100.000, karena massa sebuah elektron yaitu 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali semakin agung daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik untuk sebuah elektron yang memainkan usaha dengan kecepatan yang sama.[cat 8]

Oleh karena elektron dapat berperilaku seperti gelombang, dia hendak memiliki karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini yaitu λe = h/p dengan h yaitu konstanta Planck dan p yaitu momentum.[42] Untuk 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya yaitu sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil untuk menjelajahi bangun yang semakin kecil dari inti atom.[118]

Pembentukan

Produksi pasangan yang disebabkan oleh tumbukan foton dengan inti atom

Teori Big Bang merupakan teori ilmiah yang paling lapang diterima sebagai penjelasan atas berbagai tahapan awal evolusi lingkungan kehidupan semesta.[119] Beberapa milidetik setelah Big Bang, temperatur lingkungan kehidupan semesta semakin dari 10 milyar kelvin dan foton memiliki energi rata-rata semakin dari satu juta elektronvolt. Foton ini memiliki energi yang cukup sehingganya dapat bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,

dengan γ yaitu foton, e+ yaitu positron, dan e− yaitu elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan selang elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi lingkungan kehidupan semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur lingkungan kehidupan semesta turun di bawah ambang batas yang mengizinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan positron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kembali lingkungan kehidupan semesta dalam masa singkat.[120]

Semasa proses leptogenesis, terdapat banyak elektron yang semakin banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron dapat berjumlah semakin banyak daripada positron.[121] Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari proses pemusnahan. Keunggulan banyak proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, mengakibatkan muatan total lingkungan kehidupan semesta menjadi nol.[122][123] Proton dan neutron yang tidak musnah kemudian mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Proses ini mencapai puncaknya setelah lima menit.[124] Neutron yang tersisa kemudian menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,

dengan n yaitu neutron, p yaitu proton dan νe yaitu antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang benar semakinnya sedang sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom.[125] Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, ketika atom netral mulai terbentuk dan lingkungan kehidupan semesta yang mengembang menjadi transparan terhadap radiasi.[126]

Kira-kira satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk.[126] Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positron dari penggabungan inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh sebab itu, terjadi penurunan banyak elektron yang disertai dengan peningkatan banyak neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, proses evolusi bintang dapat pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut kemudian dapat menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.[127] Salah satu misalnya yaitu isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh menjadi nikel-60 (60Ni).[128]

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi

Pada kesudahan masa kehidupannya, bintang yang bermassa semakin dari 20 massa surya dapat menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam.[129] Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat agung sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang dapat lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengizinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) dianggarkan diciptakan di horizon persitiwa lubang hitam.

Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengizinkan salah satu partikel muncul pada proses eksterior; proses ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasi lubang hitam kemudian dapat memasok energi yang mengubah partikel maya menjadi partikel nyata, mengizinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa.[130] Sebagai gantinya, pasangan lainnya hendak mendapatkan energi negatif, yang mengakibatkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada belakangnya hendak mengakibatkan lubang hitam "menguap" sampai belakangnya meledak.[131]

Sinar kosmis yaitu partikel-partikel yang memainkan usaha di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat.[132] Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pion.[133] Semakin dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini merupakan sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer proses atas menempuh peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, dapat meluruh menjadi elektron maupun positron. Oleh karena itu, untuk pion bermuatan negatif π−,[134]

dengan μ− yaitu muon dan νμ yaitu neutrino muon.

Pengamatan

Pengamatan elektron dari jauh memerlukan alat yang bisa mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai misalnya, dalam sekeliling yang terkait berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron lepas sama sekali yang berwujud plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron dapat menjalani osilasi plasma, yang merupakan gelombang yang disebabkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini kemudian menghasilkan emisi energi yang dapat dideteksi menggunakan teleskop radio.[136]

Frekuensi sebuah foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu hendak menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lapang, garis-garis absorpsi tertentu hendak muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berlainan hendak menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap daya dan lapang garis-garis spektrum ini memungkinkan penentuan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat.[137][138]

Dalam laboratorium, interaksi elektron individu dapat dipantau menggunakan detektor partikel, yang memungkinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya.[97] Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengizinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu daerah tertentu untuk masa yang lama. Hal ini mengizinkan pengukuran yang cermat tentang sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning dapat memerangkap satu elektron tunggal dalam periode masa 10 bulan.[139] Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah mencapai presisi pengukuran sampai 11 digit. Pada ketika itu (1980), pengukuran ini semakin akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.[140]

Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengizinkan gerak elektron dipantau untuk pertama kalinya.[141][142]

Distribusi elektron dalam material padat dapat divisualisasikan menggunakan ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini menggunakan efek fotolistrik untuk mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi bangun periodik yang dipakai untuk menduga bangun awal material. ARPES dapat dipakai untuk menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.[143]

Aplikasi

Berkas partikel

Semasa uji terowongan angin NASA, sebuah model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron untuk mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.[144]

Berkas elektron dipakai dalam proses pengelasan,[145] yang mengizinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada sasaran sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan kebanyakan tidak memerlukan bahan inti. Teknik pengelasan ini harus dilakukan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum mencapai target. Tekni ini dapat dipakai untuk menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.[146][147]

Litografi berkas elektron (EBL) merupakan suatu kegiatan pengetsaan semikonduktor dengan resolusi semakin kecil dari satu mikron.[148] Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya dipakai pada produksi sejumlah kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.[149]

Pemrosesan berkas elektron dipakai untuk mengiradiasi material agar sifat-sifat fisikanya berganti ataupun untuk tujuan sterilisasi produk makanan dan medis.[150] Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner untuk pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, kebanyakan sampai dengan 5 cm untuk elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berjasa untuk mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron dapat dipakai untuk mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]

Pemercepat partikel menggunakan ajang listrik untuk membelokkan elektron dan antipartikelnya mencapai energi tinggi. Oleh karena partikel ini memainkan usaha menempuh ajang magnetik, dia memancarkan radiasi sinkrotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang mengakibatkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini dapat dipakai dalam berbagai eksperimen. Radiasi sinkotron juga dapat dipakai untuk pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.[153]

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) yaitu suatu kegiatan penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron untuk kemudian dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan untuk menentukan bangun material tersebut. Energi yang diperlukan pada umumnya berkisar selang 20–200 eV.[154] Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) yaitu teknik yang menggunakan refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada berbagai sudut rendah untuk mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas kebanyakan berkisar selang 8–20 keV dan sudut tembakan yaitu 1–4°.[155][156]

Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan untuk suatu spesimen. Pada ketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berganti sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan dapat menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.[157]

Lihat pula

• Model Standar
• Proton
• Neutron

Catatan kaki

1. ^ Penyebut versi pecahannya merupakan balikan nilai desimal (dengan ketidakpastian standar relatif 4,2 × 10-10).
2. ^ Muatan elektron yaitu negatif muatan elementer yang memiliki nilai positif untuk proton.
3. ^ Besaran ini didapatkan dari bilangan kuantum spin sebagai
   
   untuk bilangan kuantum s = 1⁄2.
   Lihat: Gupta, M. C. (2001). Atomic and Molecular Spectroscopy. New Age Publishers. p. 81. ISBN 8122413005. 
4. ^ Bohr magneton:
   
5. ^ Jari-jari elektron klasik diturunkan sebagai berikut. Asumsikan bahwa muatan elektron tersebar merata di seluruh volume bola partikel. Oleh karena satu proses bola tersebut hendak menolak proses yag lainnya, bola tersebut mengandung energi potensial elektrostatik. Energi ini diasumsikan sama dengan energi rihat elektron, yang ditentukan menempuh teori relativitas khusus (E=mc2).
   Dari teori elektrostatistika, energi potensial suatu bola dengan jari-jari r dan muatan e adalah:
   
   dengan ε0 yaitu permitivitas vakum. Untuk sebuah elektron dengan massa rihat m0, energi rihatnya yaitu sama dengan:
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum. Dengan menyamakan kedua persamaan ini dan mencari nilai r, kita hendak mendapatkan jari-jari elektron klasik.
   Lihat: Haken, Hermann; Wolf, Hans Christoph; Brewer, W. D. (2005). The Physics of Atoms and Quanta: Introduction to Experiments and Theory. Springer. p. 70. ISBN 3540672745. 
6. ^ Radiasi yang berasal dari elektron non-relativistik kadang-kadang disebut radiasi siklotron.
7. ^ Perubahan pada panjang gelombang Δλ bergantung pada sudut pentalan θ sebagai berikut
   
   dengan c yaitu kecepatan cahaya dalam vakum dan me yaitu massa elektron. Lihat Zombeck (2007:393,396).
8. ^ Dengan mencari kecepatan elektron dan menggunakan pendekatan untuk nilai γ yang agung, kita hendak mendapatkan:
   

Pustaka

1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
2. ^ a b Eichten, Estia J.; Peskin, Michael E. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. doi:10.1103/PhysRevLett.50.811. 
3. ^ a b "CODATA value: proton-electron mass ratio". 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-07-18. 
4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. p. 74. ISBN 0521536359. 
5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 236–237. ISBN 0691135126. 
6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70–74. ISBN 0226024210. 
7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. p. 138. ISBN 0748407480. 
8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (3rd ed.). Cornell University Press. pp. 4–10. ISBN 0801403332. 
9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. p. 133. 
10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. pp. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. 
11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. 
12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. doi:10.1080/00033796900200141. 
15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26. Bibcode:1983QJRAS..24...24B. 
16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420. 
17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. p. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. p. 450. 
19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. p. 26. ISBN 0486659844. 
20. ^ Dahl (1997:55–58).
21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. doi:10.1080/00033798300200101. 
22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. pp. 221–222. ISBN 0486610535. 
23. ^ Dahl (1997:64–78).
24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. doi:10.1038/077001a0. 
25. ^ Dahl (1997:99).
26. ^ Thomson, J. J. (1906). "Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-25. 
27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. doi:10.1086/351545. JSTOR 231134. 
28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815.  (Perancis)
29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582. PMID 775027. 
31. ^ Kikoin, Isaak K.; Sominskiĭ, Isaak S. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. doi:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812.  Original publication in Russian: Кикоин, И.К.; Соминский, М.С. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321. 
32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349. 
33. ^ Das Gupta, N. N.; Ghosh, Sanjay K. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. 
34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. pp. 14–21. ISBN 038795550X. 
35. ^ Bohr, Niels (1922). "Nobel Lecture: The Structure of the Atom". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-12-03. 
36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. doi:10.1021/ja02261a002. 
37. ^ a b Arabatzis, Theodore; Gavroglu, Kostas (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. doi:10.1088/0143-0807/18/3/005. 
38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. doi:10.1021/ja02227a002. 
39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. pp. 7–8. ISBN 0521839114. 
40. ^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmith, S. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). Bibcode:1925NW.....13..953E.  (Jerman)
41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. doi:10.1007/BF01327386.  (Jerman)
42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). "Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. p. 85. ISBN 3540337318. 
44. ^ Davisson, Clinton (1937). "Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-08-30. 
45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. Bibcode:1926AnP...385..437S. doi:10.1002/andp.19263851302.  (Jerman)
46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. pp. 275–350. ISBN 0763744514. 
47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. 
48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). "Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-01. 
49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. p. 132. ISBN 0691095523. 
50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. p. 117. 
51. ^ "The Nobel Prize in Physics 1965". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-11-04. 
52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). "The Evolution of Particle Accelerators & Colliders". Stanford University. Retrieved 2008-09-15. 
53. ^ Elder, F. R.; Gurewitsch, A. M.; Langmuir, R. V.; Pollock, H. C. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. doi:10.1103/PhysRev.71.829.5. 
54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. pp. 25–26. ISBN 0521578167. 
55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. Bibcode:2004PhP.....6..156B. doi:10.1007/s00016-003-0202-y. 
56. ^ "Testing the Standard Model: The LEP experiments". CERN. 2008. Retrieved 2008-09-15. 
57. ^ "LEP reaps a final harvest". CERN Courier. 2000. Retrieved 2008-11-01. 
58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. doi:10.1016/S0370-1573(99)00095-2. 
59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. pp. 777–781. ISBN 0849312027. 
60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633. Individual physical constants from the CODATA are available at:"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2009-01-15. 
61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (3rd ed.). Cambridge University Press. p. 14. ISBN 0521782422. 
62. ^ Murphy, Michael T.; Flambaum, VV; Muller, S; Henkel, C (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. doi:10.1126/science.1156352. PMID 18566280. Retrieved 2008-09-03. 
63. ^ Zorn, Jens C.; Chamberlain, George E.; Hughes, Vernon W. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. doi:10.1103/PhysRev.129.2566. 
64. ^ a b Odom, B.; Hanneke, D.; D’urso, B.; Gabrielse, G. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801. 
65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. pp. 261–262. ISBN 0691135126. 
66. ^ Gabrielse, G.; Hanneke, D.; Kinoshita, T.; Nio, M.; Odom, B. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). doi:10.1103/PhysRevLett.97.030802. 
67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. doi:10.1088/0031-8949/1988/T22/016. 
68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. p. 168. ISBN 3527403647. 
69. ^ Steinberg, R. I.; Kwiatkowski, K.; Maenhaut, W.; Wall, N. S. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. doi:10.1103/PhysRevD.12.2582. 
70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. doi:10.1088/0954-3899/33/1/001. 
71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. pp. 162–218. ISBN 0195167376. 
72. ^ Kane, Gordon (2006-10-09). "Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?". Scientific American. Retrieved 2008-09-19. 
73. ^ Taylor, John (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 464. ISBN 0521438314. 
74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. pp. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 
75. ^ Gribbin, John (1997-01-25). "More to electrons than meets the eye". New Scientist. Retrieved 2008-09-17. 
76. ^ Levine, I.; Koltick, D.; Howell, B.; Shibata, E.; Fujimoto, J.; Tauchi, T.; Abe, K.; Abe, T. et al. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. doi:10.1103/PhysRevLett.78.424. 
77. id="cite_note-82">^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. arXiv:0709.3041. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.
78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. doi:10.1103/PhysRev.73.416. 
79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. pp. 123–125. ISBN 9812706453. 
80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. doi:10.1103/PhysRev.78.29. 
81. id="cite_note-86">^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. doi:10.1007/s10773-008-9825-8. arXiv:0806.0985. 
82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. doi:10.1109/22.3600. Retrieved 2008-09-22.  A subscription required for access.
83. ^ Munowitz (2005:140).
84. ^ Munowitz (2005:160).
85. id="cite_note-90">^ Mahadevan, Rohan; Narayan, Ramesh; Yi, Insu (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. doi:10.1086/177422. arXiv:astro-ph/9601073v1. 
86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. doi:10.1119/1.1286430. 
87. ^ Georgi, Howard (1989). In Davies, Paul. The New Physics. Cambridge University Press. p. 427. ISBN 0521438314. 
88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. doi:10.1103/RevModPhys.42.237. 
89. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1927". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-28. 
90. ^ Chen, Szu-yuan; Chen, Szu-Yuan; Maksimchuk, Anatoly (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. doi:10.1038/25303. 
91. ^ Beringer, Robert; Montgomery, C. G. (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. doi:10.1103/PhysRev.61.222. 
92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (4th ed.). Prentice Hall. p. 888. ISBN 0130824445. 
93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. doi:10.1016/j.physleta.2005.06.105. 
94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. Bibcode:2006RaPC...75..614H. doi:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008. 
95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. doi:10.1126/science.157.3784.13. PMID 5338306. 
96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. pp. 2–3. 
97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 
98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. pp. 280–287. ISBN 0412798603. 
99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin. Springer. pp. 393–394. ISBN 140201290X. 
100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. pp. 325–361. ISBN 0935702997. 
101. ^ Daudel, R.; Bader, R.F.W.; Stephens, M.E.; Borrett, D.S. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. doi:10.1139/v74-201. Retrieved 2008-10-12. 
102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. p. 4. ISBN 0521035414. 
103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458. 
104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. doi:10.1016/j.elstat.2008.12.002. 
105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. pp. 15–16. ISBN 052182351X. 
106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. pp. 162,164. ISBN 9789812384614. 
107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. pp. 138, 276. ISBN 0521830168. 
108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. p. 260. ISBN 0198507798. 
109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887: 30. Retrieved 2008-10-09. 
110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. pp. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. 
111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. p. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 
112. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1972". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-10-13. 
113. id="cite_note-120">^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. doi:10.1007/s10948-006-0198-z. arXiv:cond-mat/0510279. 
114. ^ "Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution". ScienceDaily.com. 2009-07-31. Retrieved 2009-08-01. 
115. ^ Jompol, Yodchay; Ford, CJ; Griffiths, JP; Farrer, I; Jones, GA; Anderson, D; Ritchie, DA; Silk, TW et al. (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. doi:10.1126/science.1171769. PMID 19644117. Retrieved 2009-08-01. 
116. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-25. 
117. ^ Staff (2008-08-26). "Special Relativity". Stanford Linear Accelerator Center. Retrieved 2008-09-25. 
118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. p. 215. ISBN 0748408401. 
119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. p. 2. ISBN 0231126557. 
120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (3rd ed.). Macmillan. pp. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 
121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114. Retrieved 2008-09-04. 
122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. doi:10.1016/0370-2693(80)90435-9. 
123. ^ Sather, Eric (Spring/Summer 1996). "The Mystery of Matter Asymmetry" (PDF). Beam Line. University of Stanford. Retrieved 2008-11-01. 
124. id="cite_note-132">^ Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. (1999-03-19). "Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space". arXiv, University of Chicago. arXiv:astro-ph/9903300. 
125. ^ Boesgaard, A. M.; Steigman, G (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. doi:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535. Retrieved 2008-08-28. 
126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. doi:10.1126/science.1125644. PMID 16917052. Retrieved 2008-11-01. 
127. ^ Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. doi:10.1103/RevModPhys.29.547. 
128. ^ Rodberg, L. S.; Weisskopf, VF (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. doi:10.1126/science.125.3249.627. PMID 17810563. 
129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. Bibcode:1999ApJ...522..413F. doi:10.1086/307647. 
130. ^ Parikh, Maulik K.; Wilczek, F (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. doi:10.1103/PhysRevLett.85.5042. PMID 11102182. 
131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. doi:10.1038/248030a0. 
132. ^ Halzen, F.; Hooper, Dan (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. doi:10.1088/0034-4885/65/7/201. Retrieved 2008-08-28. 
133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. doi:10.1147/rd.421.0117. 
134. ^ Sutton, Christine (1990-08-04). "Muons, pions and other strange particles". New Scientist. Retrieved 2008-08-28. 
135. ^ Wolpert, Stuart (2008-07-24). "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery". University of California. Retrieved 2008-10-11. 
136. ^ Gurnett, Donald A.; Anderson, RR (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. doi:10.1126/science.194.4270.1159. PMID 17790910. 
137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). "Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas". National Institute of Standards and Technology. Retrieved 2007-01-08. 
138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. pp. 227–233. ISBN 0486659577. 
139. ^ Staff (2008). "The Nobel Prize in Physics 1989". The Nobel Foundation. Retrieved 2008-09-24. 
140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101. Retrieved 2008-09-24. 
141. ^ Mauritsson, Johan. "Electron filmed for the first time ever" (PDF). Lunds Universitet. Retrieved 2008-09-17. 
142. ^ Mauritsson, J.; Johnsson, P.; Mansten, E.; Swoboda, M.; Ruchon, T.; L’huillier, A.; Schafer, K. J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100: 073003. doi:10.1103/PhysRevLett.100.073003. 
143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. doi:10.1238/Physica.Topical.109a00061. 
144. ^ Staff (1975-04-14). "Image # L-1975-02972". Langley Research Center, NASA. Retrieved 2008-09-20. 
145. ^ Elmer, John (2008-03-03). "Standardizing the Art of Electron-Beam Welding". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2008-10-16. 
146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. pp. 2–3. ISBN 1855730502. 
147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing 19. CRC Press. p. 273. ISBN 0824773527. 
148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 
149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (2nd ed.). CRC Press. pp. 53–54. ISBN 0849308267. 
150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 
151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74: 700. doi:10.1016/S0001-2092(06)61769-9. Retrieved 2008-10-26. 
152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. (2007-06-01). "Principles of Radiation Therapy". Cancer Network. Retrieved 2008-10-26. 
153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. pp. 155, 188. ISBN 9810235003. 
154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. pp. 1–45. ISBN 3540005455. 
155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0521453739. 
156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. doi:10.1088/0950-7671/44/9/311. 
157. ^ McMullan, D. (1993). "Scanning Electron Microscopy: 1928–1965". University of Cambridge. Retrieved 2009-03-23.