Просмотр кода страницы Электрон

<noinclude>{{к объединению|2024-05-11|Физические характеристики электрона}}
</noinclude>{{другие значения}}
{{Информация о частице
 | цвет_фона               = violet
 | имя                     = Электрон
 | символ                  = <math>e, ~e^-</math>
 | состав                  = [[фундаментальная частица]]
 | семья                   = [[Фермион]]
 | группа                  = [[Лептон]]
 | взаимодействие          = [[Гравитация|гравитационное]]<ref name="elementyGrav">''Иванов И.'' [http://elementy.ru/lib/430525 Удивительный мир внутри атомного ядра] {{Wayback|url=http://elementy.ru/lib/430525 |date=20150715202155 }}: Научно-популярная лекция для школьников. ФИАН, 11 сентября 2007 года.</ref>, [[Слабое взаимодействие|слабое]] и [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитное]]
 | античастица             = [[Позитрон]]
 | масса                   = 9,1093837139(28){{e|−31}} [[кг]]<ref name="CODATA allascii">[http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing] {{Wayback|url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt |date=20240510132412 }}. CODATA. NIST.</ref>,<br>
0,51099895069(16) [[Электронвольт|МэВ]]<ref name="CODATA allascii" />,<br>
{{nobr|5,485799090441(97){{e|−4}} [[Атомная единица массы|а.е.м.]]}}<ref name="CODATA allascii" />
 | молярная масса          = 5,485799090441(97){{e|−7}} [[Килограмм|кг]]/[[моль]]<ref name="CODATA allascii" />
 | время_жизни             = ∞ (не менее 6,6{{e|28}} лет<ref name=bx2015>{{статья|автор=Agostini M. et al. ([[Borexino]] Coll.)|заглавие=Test of Electric Charge Conservation with Borexino|издание=[[Physical Review Letters]]|год=2015|том=115 |выпуск=23|страницы=231802|ссылка=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.115.231802|doi=10.1103/PhysRevLett.115.231802|arxiv=1509.01223|язык=en}}</ref><ref>{{статья|автор=Back H. O. et al. ([[Borexino]] Coll.)|заглавие=Search for electron decay mode {{math|''e'' → γ + ν}} with prototype of Borexino detector|издание=Phys. Lett. B|год=2002|том=525|выпуск=1—2 |страницы=29—40|doi=10.1016/S0370-2693(01)01440-X|arxiv=|bibcode=2002PhLB..525...29B|язык=en}}</ref>)
 | электрический_заряд     = −1,602176634{{e|−19}}&nbsp;[[Кулон|Кл]] (точно)<ref name="CODATA allascii" />
 | лептонное_число        = +1
 | барионное_число         = 0
 | спин                    = 1/2
 | изотопический_спин      = 0
 | внутренняя_чётность     = +1
 | магнитный_момент        = −9,2847646917(28){{e|−24}} [[Джоуль|Дж]]/[[Тл]]<ref name="CODATA allascii" />
|изображение=Orbital s1-ru.svg|заголовок=Вероятностная картина местоположения единственного электрона в атоме на s-[[Атомная орбиталь|орбитали]]
}}

'''Электро́н''' (от {{lang-grc|[[wikt:ἤλεκτρον#Древнегреческий|ἤλεκτρον]]}} «[[янтарь]]»<ref name=Черных>Также то же, что и [[электрум]]: «янтарного цвета сплав золота (80 %) с серебром (20 %)» (''Черных П. Я.'' Историко-этимологический словарь).</ref>) — [[субатомная частица]] (обозначается символом {{SubatomicParticle|Электрон}} или {{SubatomicParticle|beta-}}), чей [[электрический заряд]] отрицателен и равен по модулю одному [[Элементарный электрический заряд|элементарному электрическому заряду]]<ref>{{Cite web|url=http://www.universetoday.com/73323/what-is-an-electron/|title=What Is An Electron|author=Jerry Coffey|date=2010-09-10|access-date=2022-09-03|archive-date=2016-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160304195152/http://www.universetoday.com/73323/what-is-an-electron/|url-status=live}}</ref>. Электроны принадлежат к первому [[Поколение (физика)|поколению]] [[Лептоны|лептонных]] частиц<ref name="curtis74">
{{Cite book|last=Curtis|first=L.J.|title=Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach|url=https://books.google.com/books?id=KmwCsuvxClAC&pg=PA74|isbn=978-0-521-53635-6}}</ref> и обычно считаются [[Фундаментальная частица|фундаментальными частицами]], поскольку у них нет известных компонентов или субструктур<ref name="prl50">
{{Cite journal|author=Eichten|first=E.J.|year=1983|title=New Tests for Quark and Lepton Substructure|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=50|pages=811–814|issue=11|doi=10.1103/PhysRevLett.50.811|bibcode=1983PhRvL..50..811E}}</ref>. Электрон имеет [[инвариантная масса|массу]], которая составляет приблизительно {{iw|Отношение массы протона к массе электрона|1/1836|en|Proton-to-electron mass ratio}} массы [[протон]]а<ref name="nist_codata_mu">{{Cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mpsme|title=CODATA value: proton-electron mass ratio|website=2006 CODATA recommended values|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|access-date=2009-07-18|archive-date=2020-04-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20200422025536/https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mpsme|url-status=live}}</ref>. [[Квантовая механика|Квантово-механические]] свойства электрона включают собственный [[Момент импульса|угловой момент]] ([[спин]]) полуцелого значения, выраженного в единицах [[Постоянная Планка|приведённой постоянной Планка]], ''ħ,'' что делает их [[фермион]]ами. В связи с этим никакие два электрона не могут занимать одно и то же [[квантовое состояние]] в соответствии с [[Принцип Паули|принципом запрета Паули]]<ref name="curtis74" />. Как и все [[Элементарная частица|элементарные частицы]], электроны обладают свойствами как [[Корпускулярно-волновой дуализм|частиц]], так и волн: они могут сталкиваться с другими частицами и могут [[Дифракция электронов|дифрагировать]] как свет. Волновые свойства электронов легче наблюдать экспериментально, чем свойства других частиц, таких как [[нейтрон]]ы и протоны, потому что электроны имеют меньшую массу и, следовательно, большую [[Волна де Бройля|длину волны де Бройля]] для равных энергий.

Электроны играют существенную роль во многих [[Физика|физических]] явлениях, таких как [[электричество]], [[магнетизм]], [[химия]] и [[теплопроводность]], а также участвуют в [[Гравитационные волны|гравитационных]], [[Сила Лоренца|электромагнитных]] и [[Слабое взаимодействие|слабых]] [[Фундаментальные взаимодействия|взаимодействиях]]. Поскольку электрон имеет заряд, его окружает [[электрическое поле]], и если этот электрон движется относительно наблюдателя, то наблюдатель увидит также [[магнитное поле]]. Электромагнитные поля, создаваемые другими источниками, будут влиять на движение электрона в соответствии с [[Сила Лоренца|законом Лоренца]]. Электроны излучают или поглощают энергию в виде [[фотон]]ов при ускоренном движении. Лабораторные приборы способны улавливать отдельные электроны, а также [[Плазма|электронную плазму]] с помощью электромагнитных полей. Специальные [[телескоп]]ы наблюдают электронную плазму в космическом пространстве. Свойства электронов используются во многих технологических процессах, приборах и устройствах, таких как трибология, электролиз, электрохимия, аккумуляторные технологии, [[электроника]], [[Электронно-лучевая сварка|сварка]], [[Электронно-лучевые приборы|электронно-лучевые трубки]], фотоэлектричество, солнечные панели, [[Электронный микроскоп|электронные микроскопы]], [[Радиотерапия|лучевая терапия]], [[Лазер на свободных электронах|лазеры]], {{iw|Ионизационный датчик|детекторы на основе ионизации газов|en|Gaseous ionization detector}} и [[Ускоритель заряженных частиц|ускорители частиц]].

Взаимодействия электронов с другими субатомными частицами представляют интерес в [[химия|химии]] и [[ядерная физика|ядерной физике]]. [[Закон Кулона|Кулоновское взаимодействие]] между положительно заряженными [[протон]]ами внутри [[Атомное ядро|атомных ядер]] и отрицательно заряженными электронами позволяет образовать из них [[атом]]ы. Ионизация или различия в пропорциях отрицательного заряда электронов по сравнению с положительными зарядами ядер изменяют [[Энергия связи|энергию]] связи атомной системы. Обмен или совместное использование электронов между двумя или более атомами является основной причиной [[Химическая связь|химической связи]]<ref name="Pauling">
{{Cite book|last=Pauling|first=L.C.|title=The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry|url=https://archive.org/details/natureofchemical0000paul_3ed/page/4|pages=4–10|publisher=Cornell University Press|edition=3rd|year=1960|isbn=978-0-8014-0333-0}}</ref>. В 1838 году британский естествоиспытатель {{iw|Лэминг, Ричард|Ричард Лэминг|en|Richard Laming}} впервые выдвинул гипотезу о неделимом количестве электрического заряда для объяснения [[Химические свойства|химических свойств]] атомов<ref name="arabatzis">
{{Cite book|last=Arabatzis|first=T.|year=2006|title=Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities|url=https://books.google.com/books?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70|pages=70–74, 96|publisher=University of Chicago Press|isbn=978-0-226-02421-9}}</ref>. Ирландский физик [[Стони, Джордж|Джордж Джонстон Стони]] назвал этот заряд «электроном» в 1891 году, а [[Томсон, Джозеф Джон|Дж. Дж. Томсон]] и его команда британских физиков [[Открытие электрона|идентифицировали его как частицу в 1897 году]] во время [[Катодные лучи|эксперимента с электронно-лучевой трубкой]]. Электроны также могут участвовать в [[Ядерная реакция|ядерных реакциях]] при [[Ядерные реакции в звёздах|нуклеосинтезе в звёздах]], где они известны как [[Бета-частица|бета-частицы]]. Электроны могут образовываться в результате [[бета-распад]]а [[Радиоактивные изотопы|радиоактивных изотопов]] и при высокоэнергетических столкновениях, например, когда [[космические лучи]] попадают в атмосферу. [[Античастицы|Античастица]] электрона называется [[позитрон]]ом; он идентичен электрону, за исключением того, что несёт положительный электрический [[Заряд (физика)|заряд]]. Когда {{iw|Электрон-позитронная аннигиляция|электрон сталкивается с позитроном|en|Electron–positron annihilation}}, они [[Аннигиляция|аннигилируют]] друг друга, создавая [[фотон]]ы [[Гамма-излучение|гамма-излучения]].

== История ==

=== Открытие эффекта электрической силы ===
[[Древняя Греция|Древние греки]] заметили, что [[янтарь]] притягивает мелкие предметы, когда его натирают мехом. Наряду с [[Молния|молнией]], это явление оказалось одним из самых ранних зарегистрированных опытов человечества с [[электричество]]м. В своём трактате 1600 года {{iw|De Magnete|«De Magnete»|en|De Magnete}} английский учёный [[Гильберт, Уильям|Уильям Гилберт]] ввёл [[Новая латынь|новый латинский]] термин {{Lang|la|electrica}} для обозначения тех веществ, которые обладают свойствами, подобными янтарю, то есть притягивают мелкие предметы после трения<ref name="Benjamin2">{{Citation|last=Benjamin|first=Park|title=A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin|place=New York|publisher=J. Wiley|year=1898|pages=315, 484–5|url=https://archive.org/details/cu31924004128686/page/n10|isbn=978-1-313-10605-4}}</ref>. Слова ''электрический'' и ''электричество'' происходят от латинского ''{{Lang|la|ēlectrum}}'' (также корень одноимённого [[Электрум|сплава]]), который произошёл от греческого слова для янтаря, {{Lang|grc|ἤλεκτρον}} (''{{Lang|grc-Latn|ēlektron}}'')<ref name=Черных />.

=== Открытие двух видов зарядов ===
В начале 1700-х годов французский химик [[Дюфе, Шарль Франсуа|Шарль Франсуа Дюфе]] обнаружил, что если заряженный лист золота отталкивается стеклом, натёртым шёлком, то такой же заряженный лист золота притягивается янтарём, натёртым шерстью. Из этого и других результатов подобных экспериментов Дюфе сделал вывод, что электричество состоит из двух [[Теории эфира|электрических жидкостей]]: ''стекловидного'' тела из стекла, натёртого шёлком, и ''смолистого'' флюида из янтаря, натёртого шерстью. Эти две жидкости могут нейтрализовать друг друга при объединении<ref name="Benjamin2" /><ref>
{{cite book
 | last = Keithley | first = J. F.
 | year = 1999
 | title = The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s
 | url = https://books.google.com/books?id=uwgNAtqSHuQC&pg=PR7
 | publisher = [[IEEE|IEEE Press]]
 | pages = 19–20
 | isbn = 978-0-7803-1193-0
}}</ref>. Американский учёный [[Эбенезер Киннерсли]] позже независимо пришёл к такому же выводу<ref name="Cajori19172">{{cite book|first=Florian|last=Cajori|title=A History of Physics in Its Elementary Branches: Including the Evolution of Physical Laboratories|url=https://archive.org/details/historyofphysics00cajo|year=1917|publisher=Macmillan}}</ref>{{Rp|118}}. Десять лет спустя [[Франклин, Бенджамин|Бенджамин Франклин]] предположил, что электричество происходит не из разных типов электрической жидкости, а из одной электрической жидкости, демонстрирующей избыток (+) или дефицит (-). Он дал им современную [[Электрический заряд|номенклатуру зарядов]] положительных и отрицательных соответственно<ref>{{Cite web|url=http://scienceworld.wolfram.com/biography/FranklinBenjamin.html|title=Benjamin Franklin (1706–1790)|website=[[ScienceWorld|Eric Weisstein's World of Biography]]|publisher=[[Wolfram Research]]|access-date=2010-12-16|archive-date=2017-10-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20171018063555/http://scienceworld.wolfram.com/biography/FranklinBenjamin.html|url-status=live}}</ref>. Франклин считал носитель заряда положительным, но он неправильно определил, в какой ситуации был избыток носителя заряда, а в какой — дефицит<ref>
{{cite book
 |last1=Myers | first1 = R. L.
 | year = 2006
 | title = The Basics of Physics
 | url = https://archive.org/details/basicsofphysics0000myer/page/242
 |url-access=registration
 | publisher = [[Greenwood Publishing Group]]
 | page=242
 | isbn = 978-0-313-32857-2
}}</ref>.

Между 1838 и 1851 годами британский естествоиспытатель [[Ричард Лэминг]] разработал идею о том, что атом состоит из ядра материи, окружённого субатомными частицами, имеющими единичный [[электрический заряд]]<ref name="farrar">
{{Cite journal|author=Farrar|first=W. V.|year=1969|title=Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter|journal=[[Annals of Science]]|volume=25|pages=243–254|doi=10.1080/00033796900200141|issue=3}}</ref>. Начиная с 1846 года немецкий физик [[Вебер, Вильгельм Эдуард|Вильгельм Эдуард Вебер]] предположил, что электричество состоит из положительно и отрицательно заряженных жидкостей, а их взаимодействие регулируется законом [[Закон обратных квадратов|обратных квадратов]]. Изучив явление [[электролиз]]а в 1874 году, ирландский физик [[Стони, Джордж|Джордж Стони]] предположил, что существует «одно определённое количество электричества» — заряд [[Валентность|одновалентного]] [[ион]]а. Он смог оценить значение этого элементарного заряда ''e'' с помощью [[Законы электролиза Фарадея|законов электролиза Фарадея]]<ref>
{{Cite journal|author=Barrow|first=J. D.|year=1983|title=Natural Units Before Planck|url=https://archive.org/details/sim_astronomy-geophysics_1983-03_24_1/page/24|journal=[[Astronomy & Geophysics|Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society]]|volume=24|pages=24–26|bibcode=1983QJRAS..24...24B}}</ref>. Однако Стони считал, что эти заряды постоянно связаны и неотделимы от атомов. В 1881 году немецкий физик [[Гельмгольц, Герман Людвиг Фердинанд|Герман фон Гельмгольц]] утверждал, что как положительные, так и отрицательные заряды делятся на элементарные части, каждая из которых «ведёт себя как атомы электричества»<ref name="arabatzis" />.

Стони впервые ввёл термин «''электролион''» в 1881 году. Десять лет спустя для описания этих элементарных зарядов он стал использовать термин ''электрон''. В 1894 году он писал: «…была сделана фактическая оценка значения этой наиболее замечательной фундаментальной единицы электричества, для которой я с тех пор осмелился предложить название ''электрон''». Предложение 1906 года перейти на ''электрион'' не прижилось, потому что [[Лоренц, Хендрик|Хендрик Лоренц]] предпочёл сохранить название ''электрон''<ref>
{{cite book
 | first=Sōgo|last= Okamura
 | title=History of Electron Tubes
 | url=https://books.google.com/books?id=VHFyngmO95YC&pg=PR11
 | access-date=29 May 2015
 | year=1994
 | publisher=IOS Press
 | isbn=978-90-5199-145-1
 | page=11
 | quote= In 1881, Stoney named this electromagnetic 'electrolion'. It came to be called 'electron' from 1891. [...] In 1906, the suggestion to call cathode ray particles 'electrions' was brought up but through the opinion of Lorentz of Holland 'electrons' came to be widely used.}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Stoney|first=G. J.|year=1894|title=Of the "Electron," or Atom of Electricity|journal=[[Philosophical Magazine]]|volume=38|issue=5|pages=418–420|doi=10.1080/14786449408620653|url=https://zenodo.org/record/1431209|access-date=2022-02-04|archive-date=2020-10-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20201031080323/https://zenodo.org/record/1431209|url-status=live}}</ref>. Слово ''электрон'' представляет собой сочетание английских слов ''electric'' и ''ion''<ref>«electron, n.2». OED Online. March 2013. Oxford University Press. Accessed 12 April 2013</ref>. Суффикс -on в настоящее время также используется для обозначения других субатомных частиц, таких как протон или нейтрон<ref>
{{cite book
 | editor-last = Soukhanov | editor-first = A. H.
 | year = 1986
 | title = Word Mysteries & Histories
 | page = 73
 | publisher = Houghton Mifflin
 | isbn = 978-0-395-40265-8
}}</ref><ref>
{{cite book
 | editor-last = Guralnik | editor-first = D. B.
 | year = 1970
 | title = Webster's New World Dictionary
 | publisher = Prentice Hall
 | page = 450
}}</ref>.

=== Открытие свободных электронов вне материи ===
{{main|Открытие электрона}}
[[Файл:Cyclotron_motion_wider_view.jpg|альт=A round glass vacuum tube with a glowing circular beam inside|справа|мини| Пучок электронов, отклоняемый по окружности магнитным полем<<ref>
{{cite book
 | last1 = Born | first1 = M.
 | last2 = Blin-Stoyle | first2 = R.J.
 | last3 = Radcliffe | first3 = J.M.
 | year = 1989
 | title = Atomic Physics
 | url = https://books.google.com/books?id=NmM-KujxMtoC&pg=PA26
 | page = 26
 | publisher = [[Courier Dover]]
 | isbn = 978-0-486-65984-8
}}</ref>.]]
Изучая электропроводность в разрежённых газах в 1859 году, немецкий физик [[Плюккер, Юлиус|Юлиус Плюккер]] заметил, что излучение, испускаемое [[катод]]ом, вызывает появление фосфоресцентного света на стенке трубки возле катода; а пятно излучения можно перемещать с помощью магнитного поля<ref>{{Cite journal|author=Plücker|first=M.|date=1858-12-01|title=XLVI. Observations on the electrical discharge through rarefied gases|url=https://doi.org/10.1080/14786445808642591|journal=The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science|volume=16|issue=109|pages=408–418|doi=10.1080/14786445808642591|issn=1941-5982}}</ref>. В 1869 году ученик Плюккера [[Гитторф, Иоганн Вильгельм|Иоганн Вильгельм Гитторф]] обнаружил, что твёрдое тело, помещённое между катодом и фосфоресценцирущей поверхностью, будет отбрасывать тень на эту область трубки. Гитторф предположил, что катод испускает прямые лучи и, что фосфоресценция вызвана лучами, падающими на стенки трубки. В 1876 году немецкий физик [[Гольдштейн, Ойген|Ойген Гольдштейн]] показал, что лучи испускаются перпендикулярно поверхности катода, что отличает их от света лампы накаливания. Гольдштейн назвал эти лучи [[Катодные лучи|катодными лучами]]<ref name="leicester">
{{cite book
 | last = Leicester | first = H.M.
 | year = 1971
 | title = The Historical Background of Chemistry
 | url = https://books.google.com/books?id=aJZVQnqcwv4C&pg=PA221
 | pages = 221–222
 | publisher = [[Courier Dover]]
 | isbn = 978-0-486-61053-5
}}</ref><ref name="Whittaker2">{{cite book|last=Whittaker|first=E.T.|author-link=E. T. Whittaker|title=[[A History of the Theories of Aether and Electricity]]|volume=1|publisher=Nelson|place=London|year=1951}}</ref>{{Rp|393}}.

В 1870-х годах английский химик и физик сэр [[Крукс, Уильям|Уильям Крукс]] разработал первую [[электронно-лучевая трубка|электронно-лучевую трубку]] с [[Вакуум|высоким вакуумом]] внутри<ref name="dekosky">
{{Cite journal|author=DeKosky|first=R.K.|year=1983|title=William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s|journal=[[Annals of Science]]|volume=40|issue=1|pages=1–18|doi=10.1080/00033798300200101}}</ref>. Затем в 1874 году он показал, что катодные лучи могут вращать маленькое гребное колесо, когда оно находится на их пути. Поэтому он пришёл к выводу, что лучи несут импульс. Более того, приложив магнитное поле, он смог отклонить лучи, тем самым продемонстрировав, что луч ведёт себя так, как если бы он был заряжен отрицательно<ref name="leicester" />. В 1879 году он предложил объяснение этих наблюдений, рассматривая катодные лучи как состоящие из отрицательно заряженных газообразных [[Молекула|молекул]] в четвёртом состоянии вещества, при котором длина свободного пробега частиц настолько велика, что столкновениями можно пренебречь<ref name="Whittaker2" />{{Rp|394–395}}.

Британский физик немецкого происхождения [[Шустер, Артур|Артур Шустер]] расширил эксперименты Крукса, поместив металлические пластины параллельно катодным лучам и приложив [[Электростатический потенциал|электрический потенциал]] между пластинами<ref name="schu1890">{{Cite journal|author=Schuster|first=Arthur|date=1890|title=The discharge of electricity through gases|journal=Proceedings of the Royal Society of London|volume=47|pages=526–559|doi=10.1098/rspl.1889.0111}}</ref>. Поле отклоняло лучи к положительно заряженной пластине, что ещё раз свидетельствовало о том, что лучи несут отрицательный заряд. Измерив величину отклонения для заданного уровня [[Электрический ток|тока]], в 1890 году Шустер смог оценить отношение {{iw|Удельный электрический заряд|заряда к массе|en|Mass-to-charge ratio}}{{Efn|Обратите внимание, что в более старых источниках указывается отношение заряда к массе, а не современное соглашение об отношении массы к заряду.}} компонент луча. Однако это дало значение, которое более чем в тысячу раз превышало ожидаемое, поэтому в то время его расчётам не доверяли<ref name="leicester" />. Это связано с тем, что предполагалось, что носителями заряда являются гораздо более тяжёлые [[Водород|атомы водорода]] или [[азот]]а<ref name="schu1890" />.

В 1892 году [[Лоренц, Хендрик|Хендрик Лоренц]] предположил, что масса этих частиц (электронов) может быть следствием их электрического заряда<ref>{{cite magazine|first=Frank|last=Wilczek|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=happy-birthday-electron|title=Happy birthday, electron|magazine=Scientific American|date=June 2012|access-date=2022-02-04|archive-date=2013-11-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20131101121817/http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=happy-birthday-electron|url-status=live}}</ref>.
[[Файл:J.J_Thomson.jpg|мини| [[Томсон, Джозеф Джон|Джозеф Джон Томсон]]]]
Изучая естественно [[Флуоресценция|флуоресцирующие]] минералы в 1896 году, французский физик [[Беккерель, Антуан Анри|Анри Беккерель]] обнаружил, что они испускают излучение без какого-либо воздействия внешнего источника энергии. Эти [[Радиоактивный распад|радиоактивные]] материалы стали предметом большого интереса учёных, в том числе новозеландского физика [[Резерфорд, Эрнест|Эрнеста Резерфорда]], обнаружившего, что они испускают частицы. Он назвал эти частицы [[Альфа-частица|альфа]] и [[Бета-частица|бета]] на основании их способности проникать сквозь материю<ref>
{{Cite journal|author=Trenn|first=T.J.|year=1976|title=Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays|journal=[[Isis (journal)|Isis]]|volume=67|issue=1|pages=61–75|doi=10.1086/351545}}</ref>. В 1900 году Беккерель показал, что бета-лучи, испускаемые [[Радий|радием]], отклоняются электрическим полем, и что отношение их массы к заряду такое же как и у катодных лучей<ref>
{{Cite journal|author=Becquerel|first=H.|year=1900|title=Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique|journal=[[Comptes rendus de l'Académie des sciences]]|volume=130|pages=809–815|language=fr}}</ref>. Это свидетельство укрепило мнение о том, что электроны входят в состав атомов<ref name="BaW9091">[[Electron#refBaW2001|Buchwald and Warwick (2001:90-91).]]</ref><ref>{{Cite journal|author=Myers|first=W.G.|year=1976|title=Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896|url=http://jnm.snmjournals.org/cgi/content/abstract/17/7/579|journal=[[Journal of Nuclear Medicine]]|volume=17|issue=7|pages=579–582|pmid=775027|access-date=2022-02-04|archive-date=2008-12-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20081222023947/http://jnm.snmjournals.org/cgi/content/abstract/17/7/579|url-status=live}}</ref>.

Десятилетия экспериментальных и теоретических исследований с использованием катодных лучей сыграли важную роль в окончательном открытии [[Томсон, Джозеф Джон|Дж. Дж. Томсоном]] электронов<ref name="arabatzis" />. В 1897 году Томсон вместе со своими коллегами [[Таунсенд, Джон Сили|Джоном С. Таунсендом]] и {{iw|Уилсон, Гарольд (физик)|Х. А. Уилсоном|en|Harold A. Wilson (physicist)}} провёл опыты, показавшие, что катодные лучи действительно представляют собой новые частицы, а не волны, атомы или молекулы, как считалось ранее. Томсон дал хорошие оценки как заряда {{math|''e''}}, так и массы {{math|''m''}}, обнаружив, что частицы электронных лучей, которые он назвал «корпускулами», имеют, возможно, одну тысячную часть массы наименее массивного из известных ионов: иона водорода. Он показал, что их отношение заряда к массе, {{math|''e''/''m''}}, не зависит от материала катода. Далее он показал, что отрицательно заряженные частицы, создаваемые радиоактивными материалами, нагретыми материалами и освещёнными материалами, обладали универсальностью<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity|author=Thomson|first=J.J.|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20081010100408/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-lecture.pdf|archive-date=2008-10-10|access-date=2008-08-25|url-status=dead}}</ref>. Название «электрон» было принято для этих частиц научным сообществом, в основном благодаря поддержке [[Фицджеральд, Джордж Френсис|Дж. Фитцджеральда]], [[Лармор, Джозеф|Дж. Лармора]] и [[Лоренц, Хендрик|Х. А. Лоренца]]<ref name="O'Hara1975">{{Cite journal|author=O'Hara|first=J. G.|title=George Johnstone Stoney, F.R.S., and the Concept of the Electron|journal=Notes and Records of the Royal Society of London|volume=29|issue=2|pages=265–276|publisher=Royal Society|date=March 1975|doi=10.1098/rsnr.1975.0018}}</ref>{{Rp|273}}. В том же году [[Вихерт, Эмиль|Эмиль Вихерт]] и [[Кауфман, Вальтер (физик)|Вальтер Кауфманн]] также рассчитали отношение {{math|''e''/''m''}}, но им не удалось интерпретировать свои результаты, в то время как Дж. Дж. Томсон впоследствии в 1899 году дал оценки также для заряда и массы электрона: {{math|''e''}} ~ {{Val|6.8|e=-10}} [[Франклин (единица измерения)|Фр.]] и {{math|''m''}} ~ {{Val|3|e=-26}} г<ref>{{Cite journal|author=[[Abraham Pais]]|date=1997|title=The discovery of the electron - 100 years of elementary particles|url=https://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/pdf/97i.pdf|journal=Beam Line|volume=1|pages=4–16|access-date=2022-02-04|archive-date=2021-09-14|archive-url=https://web.archive.org/web/20210914142755/https://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/pdf/97i.pdf|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Kaufmann|first=W.|date=1897|title=Die magnetische Ablenkbarkeit der Kathodenstrahlen und ihre Abhängigkeit vom Entladungspotential|url=http://dx.doi.org/10.1002/andp.18972970709|journal=Annalen der Physik und Chemie|volume=297|issue=7|pages=544–552|doi=10.1002/andp.18972970709|bibcode=1897AnP...297..544K|issn=0003-3804}}</ref>.
[[Файл:Millikan.jpg|мини| [[Милликен, Роберт Эндрюс|Роберт Милликен]]]]
Заряд электрона более тщательно измерили американские физики [[Милликен, Роберт Эндрюс|Роберт Милликен]] и {{iw|Флетчер, Харви|Харви Флетчер|en|Harvey Fletcher}} в их [[Опыт Милликена|эксперименте с каплей масла]] в 1909 году, результаты которого были опубликованы в 1911 году. В этом эксперименте использовалось электрическое поле, чтобы скомпенсировать падение заряженной капли масла под действием силы тяжести. Их установка позволяла измерять электрический заряд от 1 до 150 ионов с погрешностью менее 0,3 %. Сопоставимые эксперименты были проведены ранее группой Томсона с использованием облаков из заряженных водных капель, полученных электролизом, и в 1911 году [[Иоффе, Абрам Фёдорович|Абрамом Иоффе]], который независимо получил тот же результат, что и Милликен, используя заряженные микрочастицы металлов, а затем опубликовал свои результаты в 1913 году<ref>
{{Cite journal|author=Kikoin|first=I.K.|year=1961|title=Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)|journal=[[Uspekhi Fizicheskikh Nauk|Soviet Physics Uspekhi]]|volume=3|pages=798–809|doi=10.1070/PU1961v003n05ABEH005812|bibcode=1961SvPhU...3..798K|issue=5}} Original publication in Russian: {{Cite journal|author=Кикоин|first=И.К.|year=1960|title=Академик А.Ф. Иоффе|journal=[[Uspekhi Fizicheskikh Nauk|Успехи Физических Наук]]|volume=72|issue=10|pages=303–321|doi=10.3367/UFNr.0072.196010e.0307}}</ref>. Однако капли масла были более стабильны, чем капли воды, из-за их более низкой скорости испарения и, следовательно, больше подходили для точных экспериментов в течение более длительного времени<ref>{{Cite journal|author=Millikan|first=R.A.|year=1911|title=The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes's Law|journal=[[Physical Review]]|volume=32|issue=2|pages=349–397|doi=10.1103/PhysRevSeriesI.32.349|bibcode=1911PhRvI..32..349M|url=https://authors.library.caltech.edu/6437/1/MILpr11b.pdf|access-date=2022-02-04|archive-date=2020-03-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20200317204458/https://authors.library.caltech.edu/6437/1/MILpr11b.pdf|url-status=live}}</ref>.

Примерно в начале XX века выяснилось, что быстро движущаяся заряженная частица при определённых условиях вызывает на [[Пересыщение|своём пути конденсацию пересыщенного]] водяного пара. В 1911 году [[Вильсон, Чарлз Томсон Рис|Чарльз Вильсон]] использовал этот принцип для разработки своей [[Камера Вильсона|камеры Вильсона]] для фотографирования следов заряженных частиц, таких как быстро движущиеся электроны<ref>{{Cite journal|author=Das Gupta|first=N.N.|year=1999|title=A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|volume=18|pages=225–290|doi=10.1103/RevModPhys.18.225|bibcode=1946RvMP...18..225G|issue=2}}</ref>.

=== Атомная теория ===
{{main|Атомная теория}}
[[Файл:Bohr atom model-ru.svg|альт=Three concentric circles about a nucleus, with an electron moving from the second to the first circle and releasing a photon|справа|мини|300px| [[Боровская модель атома|Модель атома Бора]], показывающая состояния электрона с энергией, [[Квантовое число|квантованной]] согласно натуральному числу n. Электрон, переходящий на более низкую орбиту, излучает фотон, равный разности энергий между орбитами.]]
К 1914 году эксперименты физиков [[Резерфорд, Эрнест|Эрнеста Резерфорда]], [[Мозли, Генри|Генри Мозли]], [[Франк, Джеймс|Джеймса Франка]] и [[Герц, Густав Людвиг|Густава Герца]] в значительной степени установили структуру атома как плотного [[Атомное ядро|ядра]] с положительным зарядом, окружённого электронами меньшей массы<ref name="smirnov" />. В 1913 году датский физик [[Бор, Нильс|Нильс Бор]] постулировал, что электроны находятся в квантованных энергетических состояниях, а их энергия определяется угловым моментом орбиты электрона вокруг ядра. Электроны могут перемещаться между этими состояниями или орбитам, испуская или поглощая фотоны определённых частот. С помощью этих квантованных орбит он точно объяснил [[Спектральная линия|спектральные линии]] атома водорода<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1922/bohr-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Structure of the Atom|author=Bohr|first=N.|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-12-03|archive-date=2008-12-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20081203124237/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1922/bohr-lecture.pdf|url-status=live}}</ref>. Однако модель Бора не смогла учесть относительную интенсивность спектральных линий и не смогла объяснить спектры более сложных атомов<ref name="smirnov">
{{cite book
 | last = Smirnov | first = B.M.
 | year = 2003
 | title = Physics of Atoms and Ions
 | url = https://books.google.com/books?id=I1O8WYOcUscC&pg=PA14
 | pages = 14–21
 | publisher = [[Springer Science+Business Media|Springer]]
 | isbn = 978-0-387-95550-6
}}</ref>.

Химические связи между атомами были объяснены [[Льюис, Гилберт Ньютон|Гилбертом Ньютоном Льюисом]], который в 1916 году предположил, что [[ковалентная связь]] между двумя атомами поддерживается парой общих электронов<ref>{{Cite journal|author=Lewis|first=G.N.|year=1916|title=The Atom and the Molecule|journal=[[Journal of the American Chemical Society]]|volume=38|issue=4|pages=762–786|doi=10.1021/ja02261a002|url=https://zenodo.org/record/1429068|access-date=2022-02-04|archive-date=2019-08-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20190825132554/https://zenodo.org/record/1429068/files/article.pdf|url-status=live}}</ref>. Позже, в 1927 году, [[Гайтлер, Вальтер|Вальтер Гайтлер]] и [[Лондон, Фриц|Фриц Лондон]] дали полное объяснение образования электронной пары и химической связи с точки зрения [[Квантовая механика|квантовой механики]]<ref name="Arabatzis">{{Cite journal|author=Arabatzis|first=T.|year=1997|title=The chemists' electron|journal=[[European Journal of Physics]]|volume=18|pages=150–163|doi=10.1088/0143-0807/18/3/005|bibcode=1997EJPh...18..150A|issue=3|url=http://pdfs.semanticscholar.org/3804/783ac9fc011aeae884a3d370a474cbfdd46f.pdf|access-date=2022-02-04|archive-date=2020-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20200605041731/http://pdfs.semanticscholar.org/3804/783ac9fc011aeae884a3d370a474cbfdd46f.pdf|url-status=dead}}</ref>. В 1919 году американский химик [[Ленгмюр, Ирвинг|Ирвинг Ленгмюр]] разработал статическую модель атома Льюиса и предположил, что все электроны распределены в последовательных «концентрических (почти) сферических оболочках одинаковой толщины»<ref>{{Cite journal|author=Langmuir|first=I.|year=1919|title=The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules|journal=[[Journal of the American Chemical Society]]|volume=41|issue=6|pages=868–934|doi=10.1021/ja02227a002|url=https://zenodo.org/record/1429026|access-date=2022-02-04|archive-date=2021-01-26|archive-url=https://web.archive.org/web/20210126003324/https://zenodo.org/record/1429026|url-status=live}}</ref>. В свою очередь, он разделил оболочки на ряд ячеек, каждая из которых содержала по одной паре электронов. С помощью этой модели Ленгмюр смог качественно объяснить [[химические свойства]] всех элементов периодической таблицы<ref name="Arabatzis" />, которые, как известно, в значительной степени повторяются в соответствии с [[Периодическая система химических элементов|периодическим законом]]<ref>
{{Cite book|last=Scerri|first=E.R.|title=The Periodic Table|url=https://archive.org/details/periodictableits0000scer/page/205|isbn=978-0-19-530573-9}}</ref>.

В 1924 году австрийский физик [[Паули, Вольфганг|Вольфганг Паули]] заметил, что оболочечную структуру атома можно объяснить набором четырёх параметров, определяющих каждое квантовое энергетическое состояние, если каждое состояние занято не более чем одним электроном. Этот запрет на нахождение более чем одного электрона в одном и том же квантовом состоянии стал известен как [[Принцип Паули|принцип запрета Паули]]<ref>
{{Cite book|last=Massimi|first=M.|title=Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle|url=https://books.google.com/books?id=YS91Gsbd13cC&pg=PA7|isbn=978-0-521-83911-2}}</ref>. Физический механизм для объяснения четвёртого параметра, который имел два различных возможных значения, был предложен голландскими физиками [[Гаудсмит, Сэмюэл Абрахам|Сэмюэлем Гаудсмитом]] и [[Уленбек, Джордж Юджин|Джорджем Уленбеком]]. В 1925 году они предположили, что электрон, помимо углового момента своей орбиты, обладает собственным угловым моментом и {{iw|Магнитный момент электрона|магнитным дипольным моментом|en|Electron magnetic moment}}<ref name="smirnov" /><ref>
{{Cite journal|author=Uhlenbeck|first=G.E.|year=1925|title=Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons|journal=[[Naturwissenschaften|Die Naturwissenschaften]]|volume=13|issue=47|bibcode=1925NW.....13..953E|doi=10.1007/BF01558878|pages=953–954|language=de}}</ref>. Это аналогично вращению Земли вокруг своей оси, когда она вращается вокруг Солнца. Собственный угловой момент стал известен как [[спин]] и объяснил ранее загадочное расщепление спектральных линий, наблюдаемое с помощью [[Спектрометр|спектрографа]] высокого разрешения; это явление известно как расщепление [[Тонкая структура|тонкой структуры]]<ref>
{{Cite journal|author=Pauli|first=W.|year=1923|title=Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes|journal=[[European Physical Journal|Zeitschrift für Physik]]|volume=16|issue=1|pages=155–164|bibcode=1923ZPhy...16..155P|doi=10.1007/BF01327386|language=de}}</ref>.

=== Квантовая механика ===
{{main|Квантовая механика}}
В своей диссертации 1924 года ''{{Lang|fr|Recherches sur la théorie des quanta}}'' (Исследования по квантовой теории) французский физик [[Де Бройль, Луи|Луи де Бройль]] выдвинул гипотезу, что вся материя может быть представлена в виде волны, названную позже [[Волна де Бройля|волной де Бройля]] на манер [[свет]]а<ref name="de_broglie">{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1929/broglie-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron|author=de Broglie|first=L.|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-08-30|archive-date=2008-10-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20081004022001/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1929/broglie-lecture.pdf|url-status=live}}</ref>. То есть при соответствующих условиях электроны и другая материя проявляли бы свойства либо частиц, либо волн. [[Корпускулярная теория света|Корпускулярные свойства]] частицы демонстрируются, когда показано, что она имеет локализованное положение в пространстве вдоль своей траектории в любой данный момент времени<ref>
{{cite book
 | last = Falkenburg | first = B.
 | year = 2007
 | title = Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality
 | url = https://books.google.com/books?id=EbOz5I9RNrYC&pg=PA85
 | page = 85
 | publisher = [[Springer Science+Business Media|Springer]]
 | isbn = 978-3-540-33731-7
| bibcode = 2007pmca.book.....F
 }}</ref>. Волнообразная природа света проявляется, например, когда луч света проходит через параллельные щели, создавая [[Интерференция волн|интерференционные]] картины. В 1927 году [[Томсон, Джордж Паджет|Джордж Пэджет Томсон]] обнаружил, что эффект интерференции возникает, когда пучок электронов проходит через тонкую металлическую фольгу, а американские физики [[Дэвиссон, Клинтон Джозеф|Клинтон Дэвиссон]] и [[Джермер, Лестер Хэлберт|Лестер Джермер]] — путём отражения электронов от монокристалла [[Никель|никеля]]<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/davisson-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves|author=Davisson|first=C.|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-08-30|archive-date=2008-07-09|archive-url=https://web.archive.org/web/20080709090839/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/davisson-lecture.pdf|url-status=live}}</ref>.
[[Файл:Orbital s1-ru.svg|альт=A spherically symmetric blue cloud that decreases in intensity from the center outward|справа|мини| В квантовой механике поведение электрона в атоме описывается [[Атомная орбиталь|орбиталью]], которая представляет собой распределение вероятностей, а не орбиту. На рисунке штриховка указывает на относительную вероятность «найти» электрон, имеющий энергию, соответствующую данным [[Квантовое число|квантовым числам]], в этой точке.]]
Предсказание де Бройля о волновой природе электронов привело [[Шрёдингер, Эрвин|Эрвина Шрёдингера]] к постулированию волнового уравнения для электронов, движущихся под влиянием ядра в атоме. В 1926 году его уравнение, [[уравнение Шрёдингера]], успешно описало, как распространяются электронные волны<ref>
{{Cite journal|author=Schrödinger|first=E.|year=1926|title=Quantisierung als Eigenwertproblem|journal=[[Annalen der Physik]]|volume=385|issue=13|pages=437–490|bibcode=1926AnP...385..437S|doi=10.1002/andp.19263851302|language=de}}</ref>. Волновое уравнение не даёт решение в виде зависимости положения электрона от времени, но предсказывает вероятности нахождения электрона в окрестности точки, особенно для систем, где электрон привязан к пространству посредством потенциальной ямы, для которой электронные волновые уравнения не меняются во времени. Этот подход привёл ко второй формулировке [[Квантовая механика|квантовой механики]] (первая формулировка квантовой теории в виде [[Матричная квантовая механика|матричной механики]] предложена Гейзенбергом в 1925 году), а решения уравнения Шрёдингера, как и уравнения Гейзенберга, позволяют получить энергетические состояния электрона в атоме водорода, которые оказались эквивалентны впервые полученным Бором в 1913 году выражениям и воспроизводили спектр атома водорода<ref>
{{cite book
 | last = Rigden | first = J.S.
 | year = 2003
 | title = Hydrogen
 | url = https://books.google.com/books?id=FhFxn_lUvz0C&pg=PT66
 | publisher = Harvard University Press
 | pages = 59–86
 | isbn = 978-0-674-01252-3
}}</ref>. Как только стало возможно описать спин и взаимодействие между несколькими электронами, квантовая механика позволила предсказать конфигурацию электронов в атомах с атомными номерами больше, чем у водорода<ref>
{{cite book
 | last = Reed | first = B.C.
 | year = 2007
 | title = Quantum Mechanics
 | url = https://books.google.com/books?id=4sluccbpwjsC&pg=PA275
 | pages = 275–350
 | publisher = [[Jones & Bartlett Learning|Jones & Bartlett Publishers]]
 | isbn = 978-0-7637-4451-9
}}</ref>.

В 1928 году, основываясь на работе Вольфганга Паули, [[Дирак, Поль|Поль Дирак]] создал модель электрона — [[уравнение Дирака]], согласующуюся с [[Принцип относительности|принципом относительности]], путём применения соображений специальной теории относительности и симметрии к [[Гамильтониан (квантовая механика)|гамильтоновой]] формулировке квантовой механики электромагнитного поля<ref>{{Cite journal|author=Dirac|first=P.A.M.|year=1928|title=The Quantum Theory of the Electron|journal=[[Proceedings of the Royal Society#Proceedings of the Royal Society A|Proceedings of the Royal Society A]]|volume=117|issue=778|pages=610–624|doi=10.1098/rspa.1928.0023|bibcode=1928RSPSA.117..610D|url=http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/royprsa/117/778/610.full.pdf|access-date=2022-02-04|archive-date=2018-11-25|archive-url=https://web.archive.org/web/20181125224103/http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/royprsa/117/778/610.full.pdf|url-status=live}}</ref>. Чтобы решить некоторые проблемы в рамках своего релятивистского уравнения, Дирак разработал в 1930 году модель вакуума как бесконечного моря частиц с отрицательной энергией, позже названного [[Море Дирака|морем Дирака]]. Это привело его к предсказанию существования позитрона, аналога электрона из [[Антивещество|антивещества]]<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1933/dirac-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons|author=Dirac|first=P.A.M.|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-11-01|archive-date=2008-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20080723220816/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1933/dirac-lecture.pdf|url-status=live}}</ref>. Эта частица была открыта в 1932 году [[Андерсон, Карл Дейвид|Карлом Андерсоном]]<ref>{{cite journal
 |last=Anderson |first=C. D.
 |year=1933
 |title=The Positive Electron
 |journal=[[Physical Review]]
 |volume=43 |issue=6 |pages=491–494
 |doi=10.1103/PhysRev.43.491
 |bibcode = 1933PhRv...43..491A
|doi-access=free}}</ref>.

В 1947 году [[Лэмб, Уиллис Юджин|Уиллис Лэмб]], работая в сотрудничестве с аспирантом [[Ризерфорд, Роберт|Робертом Резерфордом]], обнаружил, что определённые квантовые состояния атома водорода, которые должны иметь одинаковую энергию, сдвинуты по отношению друг к другу; эта разница стала называться [[Лэмбовский сдвиг|лэмбовским сдвигом]]. Примерно в то же время [[Куш, Поликарп|Поликарп Куш]], работая с {{iw|Фоли, Генри Майкл|Генри Фоли|en|Henry M. Foley}}, обнаружил, что магнитный момент электрона несколько больше, чем предсказывает теория Дирака. Эта небольшая разница позже была названа [[Аномальный магнитный момент|аномальным магнитным дипольным моментом]] электрона. Это различие вскоре было объяснено теорией [[Квантовая электродинамика|квантовой электродинамики]], разработанной [[Томонага, Синъитиро|Синъитиро Томонагой]], [[Швингер, Джулиан|Джулианом Швингером]] и [[Фейнман, Ричард|Ричардом Фейнманом]] в конце 1940-х годов<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/|title=The Nobel Prize in Physics 1965|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-11-04|archive-date=2008-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20081024052537/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/|url-status=live}}</ref>.

=== Ускорители частиц ===
С развитием [[Ускоритель заряженных частиц|ускорителей частиц]] в первой половине двадцатого века физики начали глубже вникать в свойства [[Субатомная частица|субатомных частиц]]<ref>{{Cite journal|author=Panofsky|first=W.K.H.|year=1997|title=The Evolution of Particle Accelerators & Colliders|url=http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/27/1/27-1-panofsky.pdf|journal=[[Beam Line]]|volume=27|issue=1|pages=36–44|access-date=2008-09-15|archive-date=2016-06-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20160603171047/http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/27/1/27-1-panofsky.pdf|url-status=live}}</ref>. Первую успешную попытку ускорить электроны с помощью [[Электромагнитная индукция|электромагнитной индукции]] предпринял в 1942 году [[Керст, Дональд Вильям|Дональд Керст]]. Его первоначальный [[бетатрон]] достиг энергии 2,3 [[МэВ]], а последующие бетатроны достигли 300 МэВ. В 1947 году в электронном синхротроне компании [[General Electric]] было открыто [[синхротронное излучение]] с длиной волны 70 МэВ. Это излучение было вызвано ускорением электронов в магнитном поле, когда они двигались со скоростью, близкой к скорости света<ref>
{{Cite journal|author=Elder|first=F.R.|year=1947|title=Radiation from Electrons in a Synchrotron|journal=[[Physical Review]]|volume=71|issue=11|pages=829–830|doi=10.1103/PhysRev.71.829.5|bibcode=1947PhRv...71..829E}}</ref>.

При энергии луча 1,5 ГэВ, первым [[коллайдер]]ом частиц высокой энергии был [[ADONE]], который начал работу в 1968 году<ref>
{{cite book
 | last = Hoddeson | first = L.
 | year = 1997
 | title = The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s
 | url = https://books.google.com/books?id=klLUs2XUmOkC&pg=PA25
 | pages = 25–26
 | publisher = [[Cambridge University Press]]
 | isbn = 978-0-521-57816-5
|display-authors=etal}}</ref>. Это устройство ускоряло электроны и позитроны в противоположных направлениях, фактически удваивая энергию их столкновения по сравнению с ударом электрона по статической цели<ref>
{{Cite journal|author=Bernardini|first=C.|year=2004|title=AdA: The First Electron–Positron Collider|journal=[[Physics in Perspective]]|volume=6|issue=2|pages=156–183|bibcode=2004PhP.....6..156B|doi=10.1007/s00016-003-0202-y}}</ref>. [[Большой электрон-позитронный коллайдер]] (LEP) в [[ЦЕРН]]е, который работал с 1989 по 2000 год, достиг энергии столкновения 209 ГэВ и сделал важные измерения для [[Стандартная модель|Стандартной модели]] физики элементарных частиц<ref>{{Cite web|url=http://public.web.cern.ch/PUBLIC/en/Research/LEPExp-en.html|title=Testing the Standard Model: The LEP experiments|publisher=[[CERN]]|access-date=2008-09-15|archive-date=2013-02-13|archive-url=https://web.archive.org/web/20130213071348/http://public.web.cern.ch/public/en/research/LEPExp-en.html|url-status=live}}</ref><ref>{{Cite journal|year=2000|title=LEP reaps a final harvest|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28335|journal=[[CERN Courier]]|volume=40|issue=10|access-date=2022-02-04|archive-date=2010-11-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20101121031107/http://cerncourier.com/cws/article/cern/28335|url-status=live}}</ref>.

=== Удержание отдельных электронов ===
Отдельные электроны теперь можно легко удерживать в сверхмалых ({{Nobr|1=''L'' = 20 нм}}, {{Nobr|1=''W'' = 20 нм}}) КМОП-транзисторах, работающих при криогенных температурах в диапазоне −269 °С (4 [[Кельвин|К]]) до примерно −258 °С (15 [[Кельвин|К]])<ref>{{Cite journal|author=Prati|first=E.|title=Few electron limit of n-type metal oxide semiconductor single electron transistors|journal=Nanotechnology|volume=23|issue=21|pages=215204|year=2012|doi=10.1088/0957-4484/23/21/215204|pmid=22552118|arxiv=1203.4811|bibcode=2012Nanot..23u5204P}}</ref>. Волновая функция электрона распространяется в решётке полупроводника и незначительно взаимодействует с электронами валентной зоны, поэтому её можно рассматривать в формализме одной частицы, заменяя её массу [[Эффективная масса|тензором эффективной массы]]<ref name="Green">{{Cite journal|last1=Green|first1=M. A.|year=1990|title=Intrinsic concentration, effective densities of states, and effective mass in silicon|journal=Journal of Applied Physics|volume=67|issue=6|pages=2944–2954|bibcode=1990JAP....67.2944G|doi=10.1063/1.345414}}</ref>.

== Характеристики ==
{{main|Физические характеристики электрона}}
=== Классификация ===
[[Файл:Standard_Model_of_Elementary_Particles_ru.svg|альт=A table with four rows and four columns, with each cell containing a particle identifier|справа|мини| Стандартная модель элементарных частиц. Электрон (символ e) находится слева.]]
В [[Стандартная модель|Стандартной модели]] физики элементарных частиц электроны принадлежат к группе субатомных частиц, называемых [[Лептоны|лептонами]], которые считаются фундаментальными или [[Фундаментальная частица|элементарными частицами]]. Электроны имеют наименьшую массу среди всех заряженных лептонов (или электрически заряженных частиц любого типа) и принадлежат к первому [[Поколение (физика)|поколению]] фундаментальных частиц<ref>
{{Cite journal|author=Frampton|first=P.H.|year=2000|title=Quarks and Leptons Beyond the Third Generation|journal=[[Physics Reports]]|volume=330|issue=5–6|pages=263–348|doi=10.1016/S0370-1573(99)00095-2|arxiv=hep-ph/9903387|bibcode=2000PhR...330..263F}}</ref>. Второе и третье поколения содержат заряженные лептоны, [[мюон]] и [[тау-лептон]], которые идентичны электрону по заряду, [[спин]]у и [[Фундаментальные взаимодействия|взаимодействиям]], но более массивны. Лептоны отличаются от других основных составляющих материи, [[кварк]]ов, отсутствием [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]]. Все члены лептонной группы — фермионы, потому что все они имеют полуцелый спин; электрон имеет спин {{Дробь2|1|2}}<ref name="raith">
{{cite book
 | last1 = Raith | first1 = W.
 | last2 = Mulvey | first2 = T.
 | year = 2001
 | title = Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles
 | pages = 777–781
 | publisher = [[CRC Press]]
 | isbn = 978-0-8493-1202-1
}}</ref>.

=== Основные свойства ===
[[Инвариантная масса]] электрона составляет примерно 9,109×10<sup>−31</sup> кг<ref name="CODATA">The original source for CODATA is {{Cite journal|author=Mohr|first=P.J.|year=2008|title=CODATA recommended values of the fundamental physical constants|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|volume=80|pages=633–730|doi=10.1103/RevModPhys.80.633|bibcode=2008RvMP...80..633M|issue=2|arxiv=0801.0028}}
</ref> или {{Val|5.489|e=-4}} [[Атомная единица массы|а. е. м.]] Согласно принципу [[Эквивалентность массы и энергии|эквивалентности массы и энергии]], это соответствует энергии покоя 0,511 [[МэВ]]. {{iw|отношение массы протона к массе электрона||en|Proton-to-electron mass ratio}} составляет около 1836<ref name="nist_codata_mu" /><ref name=Zombeck2007>
{{cite book
 | last = Zombeck | first = M. V.
 | year = 2007
 | title = Handbook of Space Astronomy and Astrophysics
 | url = https://books.google.com/books?id=tp_G85jm6IAC&pg=PA14
 | edition = 3rd | page = 14
 | publisher = Cambridge University Press
 | isbn = 978-0-521-78242-5
}}</ref>. Астрономические измерения показывают, что отношение сохраняло то же значение, как и предсказывает Стандартная модель, по крайней мере, в течение половины [[Возраст Вселенной|возраста Вселенной]]<ref>
{{Cite journal|author=Murphy|first=M. T.|year=2008|title=Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe|journal=[[Science]]|volume=320|issue=5883|pages=1611–1613|doi=10.1126/science.1156352|pmid=18566280|bibcode=2008Sci...320.1611M|arxiv=0806.3081}}</ref>.

Электроны имеют [[электрический заряд]] {{Val|-1.602176634|e=-19}} [[Кулон|Кл]]<ref name="CODATA" />, который используется в качестве стандартной единицы заряда для субатомных частиц и также называется [[Элементарный электрический заряд|элементарным электрическим зарядом]]. В пределах экспериментальной точности заряд электрона идентичен заряду протона, но с обратным знаком<ref>
{{Cite journal|author=Zorn|first=J.C.|year=1963|title=Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron|journal=[[Physical Review]]|volume=129|issue=6|pages=2566–2576|doi=10.1103/PhysRev.129.2566|bibcode=1963PhRv..129.2566Z}}</ref>. Поскольку символ ''e'' используется для обозначения [[Элементарный электрический заряд|элементарного заряда]], электрон обычно обозначается как {{SubatomicParticle|электрон}}, где знак минус указывает на отрицательный заряд. Позитрон обозначается символом {{SubatomicParticle|позитрон}}, потому что он имеет те же свойства, что и электрон, но с положительным, а не отрицательным электрическим зарядом<ref name="raith" /><ref name="CODATA" />.

Электрон имеет собственный [[Момент импульса|угловой момент]] или спин {{Дробь2|1|2}}<ref name="CODATA" />. Это свойство обычно формулируют, называя электрон {{iw|Спин-1/2|спин-{{Дробь2|1|2}}|en|Spin-1/2}} частицей<ref name="raith" />. Для таких частиц величина спина равна {{Дробь2|ħ|2}}<ref group="lower-alpha">Эта величина получается из спинового квантового числа как
: <math>\begin{alignat}{2}
 S & = \sqrt{s(s + 1)} \cdot \frac{h}{2\pi} \\
   & = \frac{\sqrt{3}}{2} \hbar \\
\end{alignat}</math>
для квантового числа ''s'' = {{sfrac|1|2}}.</ref><ref name=Gupta2001>{{cite book
 | last = Gupta
 | first = M. C.
 | year = 2001
 | title = Atomic and Molecular Spectroscopy
 | url = https://books.google.com/books?id=0tIA1M6DiQIC&pg=PA81
 | page = 81
 | publisher = New Age Publishers
 | isbn = 978-81-224-1300-7
 | access-date = 2020-08-25
 | archive-date = 2014-09-30
 | archive-url = https://web.archive.org/web/20140930054250/http://books.google.com/books?id=0tIA1M6DiQIC&pg=PA81
 | url-status = live
 }}</ref>, а результат измерения [[Проекция (геометрия)|проекции]] спина на любую ось может принимать значения только ±{{Дробь2|''ħ''|2}}. В дополнение к спину, электрон обладает собственным [[Магнитный момент электрона|магнитным моментом]], сонаправленным спину<ref name="CODATA" />. Он приблизительно равен одному [[Магнетон Бора|магнетону Бора]]<ref name="Hanneke">
{{Cite journal|author=Odom|first=B.|year=2006|title=New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=97|issue=3|pages=030801|doi=10.1103/PhysRevLett.97.030801|pmid=16907490|bibcode=2006PhRvL..97c0801O}}</ref>{{Efn|магнетон Бора:
:<math>\textstyle\mu_{\mathrm{B}}=\frac{e\hbar}{2m_{\mathrm{e}}}.</math>}}, что является физической константой, равной {{Val|9.27400915|(23)|e=-24|u=[[Джоуль|Дж]]/[[Тесла (единица измерения)|Т]]}}<ref name="CODATA" />. Ориентация спина по отношению к импульсу электрона (для релятивистских частиц) определяет свойство элементарных частиц, известное как [[Спиральность частицы|спиральность]]<ref name="anastopoulos">
{{cite book
 | last = Anastopoulos | first = C.
 | year = 2008
 | title = Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics
 | url = https://books.google.com/books?id=rDEvQZhpltEC&pg=PA261
 | publisher = Princeton University Press
 | pages = 261–262
 | isbn = 978-0-691-13512-0
}}</ref>.

Электрон не имеет известной [[Преон|субструктуры]]<ref name="prl50" /><ref>
{{Cite journal|last=Gabrielse|first=G.|year=2006|title=New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron ''g'' Value and QED|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=97|pages=030802(1–4)|doi=10.1103/PhysRevLett.97.030802|pmid=16907491|bibcode=2006PhRvL..97c0802G|issue=3}}</ref>. Вопрос о радиусе электрона является сложной проблемой современной физики. В экспериментах по рассеянию электронов на позитронах не наблюдается никакого отличия от точечного характера частиц<ref>{{Книга:Физическая энциклопедия|5 | автор = Комар, А. А.| статья = Электрон | ссылка = http://femto.com.ua/articles/part_2/4670.html }}</ref>. Внутренняя структура электрона отражалась бы в существовании у него электрического дипольного момента, но такого не было обнаружено<ref>{{cite web|author = Petrov, Alexey A.|url = https://theconversation.com/david-vs-goliath-what-a-tiny-electron-can-tell-us-about-the-structure-of-the-universe-105564#:~:text=As%20far%20as%20physicists%20currently,classical%20meaning%20of%20this%20word.|title = David vs. Goliath: What a tiny electron can tell us about the structure of the universe|lang = en|website = https://theconversation.com|publisher = The Conversation|date = 2018-12-20|access-date = 2022-07-18|archive-date = 2022-07-18|archive-url = https://web.archive.org/web/20220718194334/https://theconversation.com/david-vs-goliath-what-a-tiny-electron-can-tell-us-about-the-structure-of-the-universe-105564#:~:text=As%20far%20as%20physicists%20currently,classical%20meaning%20of%20this%20word.|url-status = live}}</ref>. Допущение о конечном радиусе электрона несовместимо с положениями специальной теории относительности. С другой стороны, точечный электрон (нулевой радиус) порождает серьёзные математические трудности из-за [[Собственная энергия|стремления собственной энергии]] электрона к бесконечности<ref>[[Шпольский, Эдуард Владимирович]], Atomic physics (Atomnaia fizika), second edition, 1951</ref>. Наблюдение одиночного электрона в [[Ловушка Пеннинга|ловушке Пеннинга]] предполагает, что верхний предел радиуса частицы составляет 10<sup>−22</sup> метров<ref>
{{Cite journal|author=Dehmelt|first=H.|year=1988|title=A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius|journal=[[Physica Scripta]]|volume=T22|pages=102–110|doi=10.1088/0031-8949/1988/T22/016|bibcode=1988PhST...22..102D}}</ref>. Верхнюю границу электронного радиуса 10<sup>−18</sup> метров<ref>{{Cite web|url=http://gabrielse.physics.harvard.edu/gabrielse/overviews/ElectronSubstructure/ElectronSubstructure.html|title=Electron Substructure|last=Gabrielse|first=Gerald|publisher=Harvard University|archive-url=https://web.archive.org/web/20190410164332/http://gabrielse.physics.harvard.edu/gabrielse/overviews/ElectronSubstructure/ElectronSubstructure.html|archive-date=2019-04-10|access-date=2016-06-21|url-status=dead}}</ref> можно получить, используя [[Принцип неопределённости|соотношение неопределённостей]] с энергией. Существует также физическая константа называемая «[[классический радиус электрона]]», с гораздо большим значением {{Val|2.8179|e=-15|u=м}}, больше радиуса протона. Однако терминология исходит из упрощённого расчёта, который игнорирует эффекты [[Квантовая механика|квантовой механики]]; в действительности так называемый классический радиус электрона имеет мало общего с истинной фундаментальной структурой электрона<ref>{{cite book|last=Meschede|first=D.|year=2004|title=Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics|url=https://books.google.com/books?id=PLISLfBLcmgC&pg=PA168|publisher=[[Wiley-VCH]]|page=168|isbn=978-3-527-40364-6}}</ref><ref group="lower-alpha">Классический радиус электрона находится следующим образом. Предположим, что заряд электрона равномерно распределён по сферическому объёму. Поскольку одна часть сферы будет отталкивать другие части, сфера содержит электростатическую потенциальную энергию. Предполагается, что эта энергия равна энергии покоя электрона, определяемой специальной теорией относительности (''E'' = ''mc''<sup>2</sup>).

Из теории электростатики потенциальная энергия равномерно заряженной сферы радиусом ''r'' и зарядом ''e'' определяется выражением:
: <math>E_{\mathrm p} = \frac{e^2}{8\pi \varepsilon_0 r},</math>
где ''ε''<sub>0</sub> — диэлектрическая проницаемость вакуума. Для электрона с массой покоя ''m''<sub>0</sub>, энергия покоя равна:
: <math>\textstyle E_{\mathrm p} = m_0 c^2,</math>
где ''c'' — скорость света в вакууме. Приравняв их и найдя ''r'', мы получим классический радиус электрона.<br>
См.: Haken, Wolf, & Brewer (2005).</ref>.
Существуют [[Фундаментальная частица|элементарные частицы,]] которые самопроизвольно {{iw|распад частиц|распадаются|en|Particle decay}} на менее массивные частицы. Примером может служить [[мюон]] со [[Закон радиоактивного распада|средним временем жизни]] {{Val|2.2|e=-6}} секунд, который распадается на электрон, мюонное [[нейтрино]] и электронное [[Нейтрино|антинейтрино]]. С другой стороны, электрон считается стабильным по теоретическим соображениям: электрон является наименее массивной частицей с ненулевым электрическим зарядом, поэтому его распад нарушил бы закон [[Закон сохранения электрического заряда|сохранения заряда]]<ref>
{{Cite journal|author=Steinberg|first=R. I.|year=1999|title=Experimental test of charge conservation and the stability of the electron|journal=[[Physical Review D]]|volume=61|issue=2|pages=2582–2586|doi=10.1103/PhysRevD.12.2582|bibcode=1975PhRvD..12.2582S}}</ref>. Экспериментальная нижняя граница среднего времени жизни электрона составляет {{Val|6.6|e=28}} лет при [[Доверительный интервал|уровне достоверности]] 90 %<ref name="bx2015" /><ref>{{Cite journal|author=Beringer, J.|year=2012|title=Review of Particle Physics: [electron properties]|journal=[[Physical Review D]]|volume=86|issue=1|pages=010001|doi=10.1103/PhysRevD.86.010001|bibcode=2012PhRvD..86a0001B|url=http://pdg.lbl.gov/2012/listings/rpp2012-list-electron.pdf|access-date=2012-10-18|archive-date=2016-03-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20160303210020/http://pdg.lbl.gov/2012/listings/rpp2012-list-electron.pdf|url-status=live}}</ref><ref>
{{Cite journal|author=Back|first=H.O.|year=2002|title=Search for electron decay mode e → γ + ν with prototype of Borexino detector|journal=[[Physics Letters B]]|volume=525|issue=1–2|pages=29–40|doi=10.1016/S0370-2693(01)01440-X|bibcode=2002PhLB..525...29B}}</ref>.

==== Квазичастицы ====
{{main|Электроны проводимости}}
В [[Физика конденсированного состояния|физике конденсированного состояния]], которая имеет дело не с элементарными частицами, а с квазичастичными возбуждениями, в некоторых материалах может происходить [[разделение спина и заряда]]. В таких случаях электроны «расщепляются» на три независимые частицы: [[орбитон]], [[спинон]] и [[Холон (квазичастица)|холон]]. Электрон всегда можно теоретически рассматривать как связанное состояние из трёх — с орбитоном, несущим орбитальную степень свободы, спиноном, несущим спин электрона и холоном, несущим заряд, но при определённых условиях они могут вести себя как независимые [[Квазичастица|квазичастицы]]<ref name="bbc">{{Cite web|url=http://news.bbc.co.uk/1/hi/england/8227861.stm|title=UK &#124; England &#124; Physicists 'make electrons split'|website=BBC News|date=2009-08-28|access-date=2016-07-11|archive-date=2017-08-31|archive-url=https://web.archive.org/web/20170831102806/http://news.bbc.co.uk/1/hi/england/8227861.stm|url-status=live}}</ref><ref>[https://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090730141607.htm Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution] {{Wayback|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090730141607.htm |date=20190603160743 }}. ''Science Daily'' (July 31, 2009)</ref><ref name="gov">{{Cite web|url=http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/ALS-spinons-holons.html|title=First Direct Observations of Spinons and Holons|author=Yarris, Lynn|date=2006-07-13|publisher=Lbl.gov|access-date=2016-07-11|archive-date=2011-06-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20110604075241/http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/ALS-spinons-holons.html|url-status=dead}}</ref>. В [[Физика твёрдого тела|физике твёрдого тела]] состояние в почти полностью заполненной [[Валентная зона|валентной зоне]] называется [[Дырка|дыркой]] и несёт положительный заряд. В некотором смысле поведение дырки в полупроводнике похоже на поведение пузырька в полной бутылке с водой<ref>{{статья |заглавие=An analogy for elementary band theory concepts in solids |издание=J. Chem. Educ |том=44 |номер=7 |страницы=391 |ссылка=http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed044p391 |doi=10.1021/ed044p391 |язык=en |тип=journal |автор=Weller, Paul F. |год=1967}}</ref>. Коллективные колебания свободного электронного газа, отвечающая квантованию [[плазменные колебания|плазменных колебаний]] в металлах и полупроводниках, образуют другие квазичастицы — [[плазмон]]ы<ref>{{cite web|last = Слюсар|first = В.И.|title = Наноантенны: подходы и перспективы. - C. 58 - 65.|work = Электроника: наука, технология, бизнес. – 2009. - № 2.|date = 2009|pages = C. 63|url = http://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_178_132.pdf|access-date = 2021-06-03|archive-date = 2021-06-03|archive-url = https://web.archive.org/web/20210603073535/https://www.electronics.ru/files/article_pdf/0/article_178_132.pdf|url-status = live}}</ref>.

=== Квантовые свойства ===
Как и все частицы, электроны могут вести себя как волны. Это явление называется [[Корпускулярно-волновой дуализм|корпускулярно-волновым дуализмом]] и его можно продемонстрировать с помощью [[Двухщелевой опыт|эксперимента с двумя щелями]]<ref name="Eibenberger 2013 pp. 14696–14700">{{cite journal |last= Eibenberger |first=Sandra |title= Matter-wave interference with particles selected from a molecular library with masses exceeding 10000 amu |journal= [[Physical Chemistry Chemical Physics]] |volume=15 |issue=35 |pages= 14696–14700 |year= 2013 |doi= 10.1039/C3CP51500A |arxiv= 1310.8343 |bibcode = 2013PCCP...1514696E |display-authors=etal |pmid= 23900710|s2cid=3944699 }}</ref>.

Волновая природа электрона позволяет ему проходить через две параллельные щели одновременно, а не только через одну щель, как в случае классической частицы. В квантовой механике волновое свойство одной частицы может быть описано математически как [[Комплексное число|комплекснозначная]] функция, [[волновая функция]], обычно обозначаемая греческой буквой psi (''ψ''). Когда [[Абсолютная величина|абсолютное значение]] этой функции [[Квадрат (алгебра)|возводится в квадрат]], это даёт вероятность того, что частица будет наблюдаться вблизи определённого места — [[плотность вероятности]]<ref name="munowitz">
{{cite book
 | last = Munowitz | first = M.
 | year = 2005
 | title = Knowing the Nature of Physical Law
 | url = https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno
 | url-access = registration | page = [https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno/page/162 162] | publisher = Oxford University Press
 | isbn = 978-0-19-516737-5
}}</ref>{{Rp|162–218}}.
[[Файл:Asymmetricwave2.png|альт=A three dimensional projection of a two dimensional plot. There are symmetric hills along one axis and symmetric valleys along the other, roughly giving a saddle-shape|справа|мини| Пример антисимметричной волновой функции для квантового состояния [[Квантовая яма с бесконечными стенками|двух идентичных фермионов в одномерном ящике]]. Если частицы меняются местами, волновая функция меняет знак.]]
Электроны являются [[Тождественные частицы|неразличимыми частицами]], потому что их нельзя отличить друг от друга по присущим им физическим свойствам. В квантовой механике это означает, что пара взаимодействующих электронов должна иметь возможность менять местами без видимого изменения состояния системы. Волновая функция фермионов, включая электроны, антисимметрична, что означает, что она меняет знак, когда два электрона меняются местами; то есть {{Nobr|''ψ''(''r''<sub>1</sub>, ''r''<sub>2</sub>) {{=}} −''ψ''(''r''<sub>2</sub>, ''r''<sub>1</sub>)}}, где переменные ''r''<sub>1</sub> и ''r''<sub>2</sub> соответствуют первому и второму электронам. Поскольку абсолютное значение не изменяется при замене знака, это соответствует равным вероятностям. [[Бозон]]ы, такие как фотон, вместо этого имеют симметричные волновые функции<ref name="munowitz" />{{Rp|162–218}}.

В случае антисимметрии решения волнового уравнения для взаимодействующих электронов приводят к [[Почти достоверное событие|нулевой вероятности того]], что каждая пара будет занимать одно и то же место или состояние. Это отвечает за [[Принцип Паули|принцип запрета Паули]], который не позволяет любым двум электронам занимать одно и то же квантовое состояние. Этот принцип объясняет многие свойства электронов. Например, это заставляет группы связанных электронов занимать разные [[Атомная орбиталь|орбитали]] в атоме, а не перекрывать друг друга, находясь на одной и той же орбите<ref name="munowitz" />{{Rp|162–218}}.

=== Виртуальные частицы ===
В упрощённой картине, которая часто имеет тенденцию давать неверное представление, но может служить иллюстрацией некоторых качественных аспектов, каждый фотон проводит некоторое время как комбинация виртуального электрона и его античастицы, виртуального позитрона, которые вскоре после этого [[Аннигиляция|быстро аннигилируют друг друга]]<ref>{{cite magazine|last=Kane|first=G.|date=2006-10-09|url=http://www.sciam.com/article.cfm?id=are-virtual-particles-rea&topicID=13|title=Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?|magazine=[[Scientific American]]|access-date=2008-09-19|df=dmy-all|archive-date=2020-05-15|archive-url=https://web.archive.org/web/20200515200715/http://www.scientificamerican.com/article/are-virtual-particles-rea/|url-status=live}}</ref>. Комбинация изменения энергии, необходимой для создания этих частиц, и времени, в течение которого они существуют, находятся ниже порога обнаруживаемости, выраженного [[Принцип неопределённости|соотношением неопределённостей Гейзенберга]], Δ''E'' · Δ''т'' ≥ ''ħ/2''. По сути, энергию, необходимую для создания этих виртуальных частиц, Δ''E'', можно «одолжить» у [[Вакуум квантовой теории поля|вакуума]] на период времени Δ''t'', так что их произведение не превышает [[Постоянная Планка|приведённую постоянную Планка]], {{Nobr|''ħ'' ≈ {{val|6.6|e=-16|u=эВ·с}}}} . Таким образом, для виртуального электрона Δ''t'' не превышает {{Val|1.3|e=-21|u=с}}<ref name="taylor">
{{Cite book|last=Taylor|first=J.|year=1989|title=The New Physics|publisher=[[Cambridge University Press]]|isbn=978-0-521-43831-5}}</ref>.
[[Файл:Virtual_pairs_near_electron.png|альт=A sphere with a minus sign at lower left symbolizes the electron, while pairs of spheres with plus and minus signs show the virtual particles|справа|мини| Схематическое изображение виртуальных пар электрон-позитрон, случайным образом появляющихся рядом с электроном (внизу слева).]]
Рассмотрим электрон и пролетающий мимо него фотон. Пока фотон существует в виде виртуальной пары электрон-позитрон, [[Закон Кулона|кулоновская сила]] [[Электрическое поле|электрического поля]] электрона заставляет созданный позитрон притягиваться к исходному электрону, а созданный электрон — отталкиваться. Это вызывает так называемую [[Поляризация вакуума|поляризацию вакуума]]. Фактически вакуум ведёт себя как среда с [[Относительная диэлектрическая проницаемость|диэлектрической проницаемостью]] больше [[1 (число)|единицы]]. Таким образом, эффективный заряд электрона на самом деле меньше его истинного значения, и заряд уменьшается по мере удаления от электрона<ref name="genz">
{{cite book
 | last = Genz | first = H.
 | year = 2001
 | title = Nothingness: The Science of Empty Space
 | url = https://archive.org/details/nothingnessscien0000henn | pages = [https://archive.org/details/nothingnessscien0000henn/page/241 241]–243, 245–247
 | publisher = [[Da Capo Press]]
 | isbn = 978-0-7382-0610-3
}}</ref><ref>{{Cite news|author=Gribbin|first=J.|date=1997-01-25|title=More to electrons than meets the eye|website=[[New Scientist]]|url=https://www.newscientist.com/article/mg15320662.300-science--more-to-electrons-than-meets-the-eye.html|access-date=2008-09-17|archive-date=2015-02-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20150211085433/http://www.newscientist.com/article/mg15320662.300-science--more-to-electrons-than-meets-the-eye.html|url-status=live}}</ref>. Эта поляризация была подтверждена экспериментально в 1997 году на японском [[KEKB|ускорителе]] частиц [[KEKB|TRISTAN]]<ref>
{{Cite journal|author=Levine|first=I.|year=1997|title=Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=78|issue=3|pages=424–427|doi=10.1103/PhysRevLett.78.424|bibcode=1997PhRvL..78..424L}}</ref>. Виртуальные частицы вызывают {{iw|эффект экранирования||en|Shielding effect}}, сравнимый с массой электрона<ref>{{cite conference|last=Murayama|first=H.|date=10–17 March 2006|title=Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic|conference=Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories|place=La Thuile, Italy|arxiv=0709.3041|bibcode=2007arXiv0709.3041M}} — lists a 9 % mass difference for an electron that is the size of the [[Planck length|Planck distance]].</ref>.

Взаимодействием с виртуальными частицами объясняется также небольшое (около 0,1 %) отклонение собственного магнитного момента электрона от магнетона Бора ([[аномальный магнитный момент]])<ref name="Hanneke" /><ref>
{{Cite journal|author=Schwinger|first=J.|year=1948|title=On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron|journal=[[Physical Review]]|volume=73|issue=4|pages=416–417|doi=10.1103/PhysRev.73.416|bibcode=1948PhRv...73..416S}}</ref>. Чрезвычайно точное совпадение этой предсказанной разницы с экспериментально определённой величиной рассматривается как одно из главных достижений [[Квантовая электродинамика|квантовой электродинамики]]<ref>
{{Cite book|last=Huang|first=K.|year=2007|title=Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields|url=https://books.google.com/books?id=q-CIFHpHxfEC&pg=PA123|pages=123–125|publisher=[[World Scientific]]|isbn=978-981-270-645-4}}</ref>.

Кажущийся в [[Классическая физика|классической физике]] парадокс представления электрона как точечной частицы, обладающий собственным угловым моментом и магнитным моментом, можно объяснить свойствами динамики электрона в электромагнитном поле при переходе к нерелятивистскому пределу, когда электрон смещается в дрожащей манере ([[zitterbewegung]]), что приводит к среднему круговому движению с [[Прецессия|прецессией]]<ref>
{{Cite journal|author=Foldy|first=L.L.|year=1950|title=On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit|journal=[[Physical Review]]|volume=78|issue=1|pages=29–36|doi=10.1103/PhysRev.78.29|bibcode=1950PhRv...78...29F|ref=Foldy}}</ref>. Это движение создаёт как спин, так и магнитный момент электрона представляемого как некий протяжённый объект размером с длиной волны Комптона<ref name="curtis74" />{{sfn|Foldy|1950|p=32}}. В атомах виртуальные фотоны объясняют [[лэмбовский сдвиг]], наблюдаемый в [[Спектральная линия|спектральных линиях]]. Длина волны Комптона показывает, что рядом с элементарными частицами, такими как электрон, соотношение неопределённости энергии-времени позволяет создавать виртуальные частицы в окрестности электрона. Эта длина волны объясняет «статичность» виртуальных частиц вокруг элементарных частиц на близком расстоянии<ref name="genz" />.

=== Взаимодействие ===
Электрон создаёт электрическое поле, которое оказывает притяжение на частицу с положительным зарядом, например протон, и вызывает силу отталкивания на частицу с отрицательным зарядом. Величина этой силы в нерелятивистском приближении определяется законом [[Закон Кулона|обратных квадратов Кулона]]<ref name=Griffiths1998>
{{cite book
 |last=Griffiths |first=David J.
 |title=Introduction to Electrodynamics |edition=3rd
 |publisher=Prentice Hall |year=1998
 |isbn=978-0-13-805326-0
 |url=https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0}}</ref><sup>: 58-61</sup>. Когда электрон движется, он создаёт [[магнитное поле]]<ref name="munowitz" /><sup>: 140</sup>.  Закон [[Теорема о циркуляции магнитного поля|Ампера — Максвелла]] связывает магнитное поле с массовым движением электронов ([[Электрический ток|током]]) относительно наблюдателя. Это свойство индукции создаёт магнитное поле, которое приводит в движение [[Электрический двигатель|электродвигатель]]<ref>
{{cite book
 |last=Crowell |first=B.
 |title=Electricity and Magnetism
 |url=https://books.google.com/books?id=s9QWZNfnz1oC&pg=PT129
 |pages=129–152
 |publisher=Light and Matter |year=2000
 |isbn=978-0-9704670-4-1
}}</ref>. Электромагнитное поле произвольно движущейся заряженной частицы выражается [[Потенциалы Лиенара — Вихерта|потенциалами Льенара — Вихерта]], которые правильны, даже когда скорость частицы близка к скорости света ([[Специальная теория относительности|релятивистская]])<ref name="Griffiths1998" /><sup>: 429—434</sup>. 
[[Файл:Lorentz_force.svg|альт=A graph with arcs showing the motion of charged particles|справа|мини| Частица с зарядом ''q'' (слева) движется со скоростью ''v'' через магнитное поле ''B'', ориентированное на наблюдателя. Для электрона ''q'' отрицательно, поэтому он движется по изогнутой траектории вверх.]]
Когда электрон движется через пространство в магнитном поле, на него действует [[сила Лоренца]], направленная перпендикулярно плоскости, определяемой магнитным полем и скоростью электрона. Эта [[центростремительная сила]] заставляет электрон следовать по [[Винтовая линия|винтовой]] траектории с радиусом, называемым [[Ларморовский радиус|ларморовским радиусом]]. Ускорение от этого криволинейного движения заставляет электрон излучать энергию в виде синхротронного излучения<ref>
{{Cite journal|author=Mahadevan|first=R.|year=1996|title=Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field|journal=[[The Astrophysical Journal]]|volume=465|pages=327–337|arxiv=astro-ph/9601073|doi=10.1086/177422|bibcode=1996ApJ...465..327M}}</ref>{{Efn|Излучение нерелятивистских электронов иногда называют [[циклотронное излучение|циклотронным излучением]].}}<ref name="munowitz" /><sup>: 160</sup>.  Излучение энергии, в свою очередь, вызывает отдачу электрона, известную как [[Радиационное трение|сила Абрахама — Лоренца — Дирака]], создающая замедляющее электрон трение. Эта сила вызвана [[обратная реакция|действием]] собственного поля электрона на самого себя<ref>
{{Cite journal|author=Rohrlich|first=F.|year=1999|title=The Self-Force and Radiation Reaction|journal=[[American Journal of Physics]]|volume=68|issue=12|pages=1109–1112|doi=10.1119/1.1286430|bibcode=2000AmJPh..68.1109R}}</ref>.
[[Файл:Bremsstrahlung.svg|альт=A curve shows the motion of the electron, a red dot shows the nucleus, and a wiggly line the emitted photon|мини| Здесь тормозное излучение создаётся электроном ''e,'' отклоняемым электрическим полем атомного ядра. Изменение энергии ''E''<sub>2</sub> − ''E''<sub>1</sub> определяет частоту ''f'' излучаемого фотона.]]
Фотоны являются переносчиками электромагнитного взаимодействия между частицами в [[Квантовая электродинамика|квантовой электродинамике]]. Изолированный электрон с постоянной скоростью не может излучать или поглощать реальный фотон; это нарушило бы закон [[Закон сохранения энергии|сохранения энергии]] и [[импульс]]а. Вместо этого виртуальные фотоны могут передавать импульс между двумя заряженными частицами. Такой обмен виртуальными фотонами порождает кулоновскую силу<ref>{{cite book
 |last=Georgi |first=H.
 |chapter=Grand Unified Theories |page=427
 |editor=Davies, Paul
 |title=The New Physics
 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA427
 |publisher=Cambridge University Press |year=1989
 |isbn=978-0-521-43831-5
}}</ref>. Излучение энергии может происходить, когда движущийся электрон отклоняется заряженной частицей, такой как протон. Ускорение электрона приводит к испусканию [[Тормозное излучение|тормозного]] излучения<ref>{{Cite journal|author=Blumenthal|first=G.J.|year=1970|title=Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|volume=42|issue=2|pages=237–270|doi=10.1103/RevModPhys.42.237|bibcode=1970RvMP...42..237B}}</ref>.

Неупругое столкновение между фотоном (светом) и уединённым (свободным) электроном называется [[Эффект Комптона|комптоновским рассеянием]]. Это столкновение приводит к передаче импульса и энергии между частицами, что изменяет длину волны фотона на величину, называемую [[Эффект Комптона|комптоновским сдвигом]]. Максимальная величина этого сдвига длины волны равна''h''/''m''<sub>e</sub> ''c'', что известно как [[Комптоновская длина волны|длина волны Комптона]]<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1927/|title=The Nobel Prize in Physics 1927|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-09-28|archive-date=2008-10-24|archive-url=https://web.archive.org/web/20081024124054/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1927/|url-status=live}}</ref>. Для электрона она имеет значение {{Val|2.43|e=-12|u=м}}<ref name="CODATA" />. Когда длина волны света велика (например, длина волны [[Свет|видимого света]] составляет 0,4-0,7 мкм) сдвиг длины волны становится незначительным. Такое взаимодействие между светом и свободными электронами называется [[Томсоновское рассеяние|томсоновским рассеянием]] или линейным томсоновским рассеянием<ref name="Chen1998">
{{Cite journal|author=Chen|first=S.-Y.|year=1998|title=Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering|journal=[[Nature]]|volume=396|issue=6712|pages=653–655|doi=10.1038/25303|arxiv=physics/9810036|bibcode=1998Natur.396..653C}}</ref>.

Относительная сила электромагнитного взаимодействия между двумя заряженными частицами, такими как электрон и протон, определяется [[Постоянная тонкой структуры|постоянной тонкой структуры]]. Эта величина представляет собой безразмерную величину, образованную соотношением двух энергий: электростатической энергии притяжения (или отталкивания) на расстоянии одной комптоновской длины волны и энергии покоя заряда. Она определяется как ''α'' ≈ {{Val|7.297353|e=-3}}, что примерно равно {{Дробь2|1|137}}<ref name="CODATA" />.

Когда электроны и позитроны сталкиваются, они [[Электрон-позитронная аннигиляция|аннигилируют]] друг друга, давая два или более фотонов гамма-излучения с энергией в сумме 1,022 МэВ. Если электрон и позитрон имеют незначительный импульс, то перед аннигиляцией может образоваться [[Позитроний|атом позитрония]]<ref>
{{Cite journal|author=Beringer|first=R.|year=1942|title=The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation|journal=[[Physical Review]]|volume=61|issue=5–6|pages=222–224|doi=10.1103/PhysRev.61.222|bibcode=1942PhRv...61..222B}}</ref><ref>
{{cite book
 | last = Buffa | first = A.
 | title = College Physics
 | publisher = Prentice Hall | edition = 4th | year = 2000
 | isbn = 978-0-13-082444-8
 | url = https://archive.org/details/collegephysicsvo00jerr/page/888
 | page =888
}}</ref>. С другой стороны, высокоэнергетический фотон может превратиться в электрон и позитрон в результате процесса, называемого образованием [[Рождение пар|пар]], но только в присутствии поблизости заряженной частицы, такой как ядро атома<ref>
{{Cite journal|author=Eichler|first=J.|year=2005|title=Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions|journal=[[Physics Letters A]]|volume=347|issue=1–3|pages=67–72|doi=10.1016/j.physleta.2005.06.105|bibcode=2005PhLA..347...67E}}</ref><ref>{{Cite journal|author=Hubbell|first=J.H.|year=2006|title=Electron positron pair production by photons: A historical overview|journal=[[Radiation Physics and Chemistry]]|volume=75|issue=6|pages=614–623|bibcode=2006RaPC...75..614H|doi=10.1016/j.radphyschem.2005.10.008|url=https://zenodo.org/record/1259327|access-date=2022-02-04|archive-date=2019-06-21|archive-url=https://web.archive.org/web/20190621192329/https://zenodo.org/record/1259327|url-status=live}}</ref>.

В теории [[Электрослабое взаимодействие|электрослабого взаимодействия]] [[Хиральность (физика)|левая]] составляющая волновой функции электрона образует [[слабый изоспин]]овый дублет с [[Нейтрино|электронным нейтрино]]. Это означает, что при [[Слабое взаимодействие|слабых взаимодействиях]] электронные нейтрино ведут себя как электроны. Любой член этого дублета может [[Заряженный ток|взаимодействовать с заряженным током]], излучая или поглощая {{SubatomicParticle|W boson}}-бозон и превратиться в другую частицу. Заряд сохраняется во время этой реакции, потому что W-бозон также несёт заряд, отменяя любые суммарные изменения заряда во время трансмутации. Взаимодействия заряженных токов ответственны за явление [[бета-распад]]а в [[Радиоактивный распад|радиоактивном]] атоме. Как электрон, так и электронное нейтрино могут подвергаться взаимодействию [[Нейтральный ток|с нейтральным током через]] обмен {{SubatomicParticle|Z boson0}}, и этот процесс ответственен за [[упругое рассеяние]] нейтрино и электронов<ref name="quigg">
{{Cite conference|last=Quigg|first=C.|title=The Electroweak Theory}}</ref>.

=== Атомы и молекулы ===
[[Файл:Hydrogen_Density_Plots.png|справа|мини| Плотности вероятности для первых нескольких орбиталей атома водорода в поперечном сечении. Энергетический уровень связанного электрона определяет занимаемую им орбиталь, а цвет отражает вероятность нахождения электрона в окрестности данной точки.]]
Электрон может быть ''связан'' с ядром атома кулоновской силой притяжения. Система из одного или нескольких электронов, связанных с ядром, называется атомом. Если число электронов отличается от электрического заряда ядра, такой атом называется [[ион]]ом. Волновое поведение связанного электрона описывается функцией, называемой [[Атомная орбиталь|атомной орбиталью]]. Каждая орбиталь имеет свой собственный набор квантовых чисел, таких как энергия, угловой момент и проекция углового момента на выбранную ось, и вокруг ядра существует только определённый набор этих орбиталей, отвечающих дискретным квантовым числам. Согласно принципу запрета Паули, каждая орбиталь может быть занята двумя электронами, которые должны различаться своим [[Спиновое квантовое число|спиновым квантовым числом]]<ref>{{Книга:Физическая энциклопедия|1 | автор = Ельяшевич, M. А.| статья = Атом | ссылка = http://femto.com.ua/articles/part_1/0220.html| страницы = }}</ref>.

Электроны могут перемещаться между разными орбиталями путём испускания или поглощения фотонов с энергией, соответствующей разнице потенциалов<ref name="Tipler2003" />{{Rp|159–160}}. Другие способы смены орбитали включают столкновения с частицами, такими как электроны, и [[эффект Оже]]<ref>
{{Cite book|last=Burhop|first=E.H.S.|title=The Auger Effect and Other Radiationless Transitions|isbn=978-0-88275-966-1}}</ref>. Чтобы оторваться от ядра атома, энергия электрона должна быть больше [[Энергия ионизации|энергии]] его связи с атомом. Это происходит, например, при [[Фотоэффект|фотоэлектрическом эффекте]], когда энергия падающего фотона, превышающая [[Энергия ионизации|энергию ионизации]] атома, поглощается электроном<ref name="Tipler2003">
{{Cite book|last=Tipler|first=Paul|title=Modern Physics|year=2003|url=https://archive.org/details/modernphysics0000tipl|isbn=978-0-7167-4345-3}}</ref>{{Rp|127–132}}.

Орбитальный угловой момент электронов [[Оператор углового момента|квантуется]]. Поскольку электрон заряжен, его движение создаёт также орбитальный магнитный момент, пропорциональный угловому моменту. Суммарный магнитный момент атома равен векторной сумме орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов и ядра. Магнитный момент ядра пренебрежимо мал по сравнению с магнитным моментом электрона. Магнитные моменты электронов, занимающих одну и ту же орбиталь (так называемые спаренные электроны), компенсируют друг друга<ref>
{{cite book
 | last = Jiles | first = D.
 | title = Introduction to Magnetism and Magnetic Materials
 | url = https://books.google.com/books?id=axyWXjsdorMC&pg=PA280
 | pages = 280–287
 | publisher = [[CRC Press]] | year = 1998
 | isbn = 978-0-412-79860-3
}}</ref>.

[[Химическая связь]] между атомами возникает в результате электромагнитных взаимодействий, описываемых законами квантовой механики<ref>
{{Cite book|last=Löwdin|first=P.O.|title=Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per-Olov Löwdin|url=https://books.google.com/books?id=8QiR8lCX_qcC&pg=PA393|pages=393–394|publisher=Springer Science+Business Media|year=2003|isbn=978-1-4020-1290-7}}</ref>. Самые прочные связи образуются путём [[Ковалентная связь|обмена]] или [[Перенос электрона|передачи]] электронов между атомами, что позволяет образовывать [[Молекула|молекулы]]<ref name="Pauling" />. Внутри молекулы электроны движутся под влиянием нескольких ядер и занимают [[Молекулярная орбиталь|молекулярные орбитали]]; частично они могут занимать атомные орбитали в изолированных атомах<ref>
{{Cite book|last=McQuarrie|first=D.A.|title=Physical Chemistry: A Molecular Approach|url=https://books.google.com/books?id=f-bje0-DEYUC&pg=PA325|publisher=University Science Books|year=1997|pages=325–361|isbn=978-0-935702-99-6}}</ref>. Фундаментальным фактором, определяющим существование молекулярных структур, является наличие [[Электронная пара|электронных пар]] — электронов с противоположно ориентированными спинами, которые занимают одну и ту же молекулярную орбиталь не нарушая принципа запрета Паули (аналогично атомам). Различные молекулярные орбитали имеют различное пространственное распределение электронной плотности. Например, в связанных парах (то есть в тех парах, которые реально связывают атомы между собой) электроны с максимальной вероятностью могут находиться в сравнительно небольшом объёме пространства между ядрами. Напротив, в несвязанных парах электроны распределены в большом объёме вокруг ядер<ref>
{{Cite journal|author=Daudel|first=R.|year=1974|title=The Electron Pair in Chemistry|journal=[[Canadian Journal of Chemistry]]|volume=52|issue=8|pages=1310–1320|doi=10.1139/v74-201}}</ref>.

=== Проводимость ===
[[Файл:Lightning_over_Oradea_Romania_cropped.jpg|альт=Four bolts of lightning strike the ground|справа|мини| [[Молния|Разряд молнии]] состоит в основном из потока электронов<ref>
{{cite book
 | last1 = Rakov | first1 = V. A.
 | last2 = Uman | first2 = M. A.
 | title = Lightning: Physics and Effects
 | url = https://books.google.com/books?id=TuMa5lAa3RAC&pg=PA4
 | page = 4
 | publisher = Cambridge University Press | year = 2007
 | isbn = 978-0-521-03541-5
}}</ref>. Электрический потенциал, необходимый для молнии получается за счёт трибоэлектрического эффекта<ref>
{{Cite journal|author=Freeman|first=G. R.|year=1999|title=Triboelectricity and some associated phenomena|url=https://archive.org/details/sim_materials-science-and-technology_1999-12_15_12/page/1454|journal=[[Materials Science and Technology (journal)|Materials Science and Technology]]|volume=15|issue=12|pages=1454–1458|doi=10.1179/026708399101505464}}</ref><ref>
{{Cite journal|author=Forward|first=K. M.|year=2009|title=Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials|journal=[[Journal of Electrostatics]]|volume=67|issue=2–3|pages=178–183|doi=10.1016/j.elstat.2008.12.002}}</ref>.]]
Если в теле больше или меньше электронов, чем требуется для уравновешивания положительного заряда ядер, то этот объект имеет суммарный электрический заряд. Когда есть избыток электронов, говорят, что объект заряжен отрицательно. Когда электронов меньше, чем число протонов в ядрах, говорят, что объект заряжен положительно. Когда количество электронов и количество протонов равны, их заряды компенсируют друг друга, и говорят, что объект электрически нейтрален. Макроскопическое тело может приобретать электрический заряд при трении за счёт [[Трибоэлектрический эффект|трибоэлектрического эффекта]]<ref>
{{Cite book|last=Weinberg|first=S.|title=The Discovery of Subatomic Particles|url=https://archive.org/details/discoveryofsubat00wein_0/page/15|isbn=978-0-521-82351-7}}</ref>.

Независимые электроны без кулоновского взаимодействия между ними или с ядрами, называются ''свободными'' электронами. Электроны в металлах также ведут себя так, как будто они свободны. В действительности частицы, которые обычно называют электронами в металлах и других твёрдых телах, являются квазиэлектронами — [[квазичастица]]ми, которые имеют тот же электрический заряд, спин и магнитный момент, что и настоящие электроны, но могут иметь другую кажущуюся или эффективную массу<ref name="Liang-fu Lou">
{{Cite book|last=Lou|first=L.-F.|title=Introduction to phonons and electrons|url=https://books.google.com/books?id=XMv-vfsoRF8C&pg=PA162|pages=162, 164|publisher=[[World Scientific]]|year=2003|isbn=978-981-238-461-4}}</ref>. Когда свободные электроны — как в вакууме, так и в металлах — движутся, они создают [[Транспортная сеть|суммарный поток]] заряда, называемый [[Электрический ток|электрическим током]], который создаёт магнитное поле. Точно так же ток может быть создан изменяющимся магнитным полем. Эти взаимодействия математически описываются [[Уравнения Максвелла|уравнениями Максвелла]]<ref>
{{Cite book|last=Guru|first=B.S.|title=Electromagnetic Field Theory|url=https://books.google.com/books?id=b2f8rCngSuAC&pg=PA138|pages=138, 276|publisher=Cambridge University Press|year=2004|isbn=978-0-521-83016-4}}</ref>.

При данной температуре каждый материал обладает [[удельные сопротивление и проводимость|электрической проводимостью]], которая определяет величину электрического тока при приложении [[Электрическое напряжение|электрического напряжения]]. Примеры хороших проводников включают такие металлы, как медь и золото, тогда как стекло и [[Политетрафторэтилен|тефлон]] являются плохими проводниками. В любом [[Диэлектрик|диэлектрическом]] материале электроны остаются связанными со своими соответствующими атомами, и материал ведёт себя как [[Изоляция (электротехника)|изолятор]]. Большинство [[полупроводник]]ов имеют переменный уровень проводимости, который находится между крайними значениями проводимости и изоляции<ref>
{{cite book
 | last1 = Achuthan | first1 = M. K.
 | last2 = Bhat | first2 = K. N.
 | title = Fundamentals of Semiconductor Devices
 | url = https://books.google.com/books?id=REQkwBF4cVoC&pg=PA49
 | pages = 49–67
 | publisher = [[Tata McGraw-Hill]] | year = 2007
 | isbn = 978-0-07-061220-4
}}</ref>. С другой стороны, [[Металлическая связь|металлы]] имеют [[Зонная теория|электронную зонную структуру]], содержащую частично заполненные электронные зоны. Наличие таких зон позволяет электронам в металлах вести себя так, как если бы они были свободными или [[Делокализованный электрон|делокализованными электронами]]. Эти электроны не связаны с конкретными атомами, поэтому при приложении электрического поля они могут свободно перемещаться, как газ (называемый [[ферми-газ]]ом)<ref name="ziman">
{{cite book
 | last = Ziman | first = J. M.
 | title = Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids
 | url = https://books.google.com/books?id=UtEy63pjngsC&pg=PA260
 | publisher = Oxford University Press | year = 2001
 | page = 260
 | isbn = 978-0-19-850779-6
}}</ref> через материал, как и свободные электроны<ref name="ziman" />.

Из-за столкновений между электронами и дефектами решётки [[дрейфовая скорость]] электронов в проводнике составляет порядка миллиметров в секунду. Однако скорость, с которой изменение тока в одной точке материала вызывает изменения токов в других частях материала, [[Коэффициент укорочения|скорость распространения]] обычно составляет около 75 % скорости света<ref>{{Cite journal|author=Main|first=P.|date=1993-06-12|title=When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise|journal=[[New Scientist]]|volume=1887|url=https://www.newscientist.com/article/mg13818774.500-when-electrons-go-with-the-flow-remove-the-obstacles-thatcreate-electrical-resistance-and-you-get-ballistic-electrons-and-a-quantumsurprise.html|access-date=2008-10-09|archive-date=2015-02-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20150211085229/http://www.newscientist.com/article/mg13818774.500-when-electrons-go-with-the-flow-remove-the-obstacles-thatcreate-electrical-resistance-and-you-get-ballistic-electrons-and-a-quantumsurprise.html|url-status=live}}</ref>. Это происходит потому, что электрические сигналы распространяются в виде волны, скорость которой зависит от [[Относительная диэлектрическая проницаемость|диэлектрической проницаемости]] материала<ref>
{{cite book
 | last = Blackwell | first = G. R.
 | title = The Electronic Packaging Handbook
 | url = https://books.google.com/books?id=D0PBG53PQlUC&pg=SA6-PA39
 | pages = 6.39–6.40
 | publisher = [[CRC Press]] | year = 2000
 | isbn = 978-0-8493-8591-9
}}</ref>.

Металлы являются относительно хорошими проводниками тепла, прежде всего потому, что делокализованные электроны могут свободно переносить тепловую энергию между атомами. Однако, в отличие от электропроводности, теплопроводность металла почти не зависит от температуры. Математически это выражается законом [[Закон Видемана — Франца|Видемана — Франца]]<ref name="ziman" />, который утверждает, что отношение [[Теплопроводность|теплопроводности]] к электропроводности пропорционально температуре. Тепловой беспорядок в металлической решётке увеличивает электрическое [[удельные сопротивление и проводимость|сопротивление]] материала, создавая зависимость электрического тока от температуры при данном напряжении<ref name="durrant">
{{cite book
 | last = Durrant | first = A.
 | title = Quantum Physics of Matter: The Physical World
 | url = https://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43
 | pages = 43, 71–78
 | publisher = CRC Press | year = 2000
 | isbn = 978-0-7503-0721-5
}}</ref>.

При охлаждении ниже точки, называемой [[Критическая точка (термодинамика)|критической температурой]], материалы могут подвергнуться фазовому переходу, при котором они полностью теряют сопротивление электрическому току при явлении, известном как [[сверхпроводимость]]. В [[Теория БКШ|теории БКШ]] пары электронов, называемые [[Куперовская пара|куперовскими парами]], связаны своим движением с близлежащим веществом через колебания кристаллической решётки, называемые [[фонон]]ами, тем самым избегая столкновений с дефектами, которые обычно создают электрическое сопротивление<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1972/|title=The Nobel Prize in Physics 1972|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-10-13|archive-date=2008-10-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20081011050516/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1972/|url-status=live}}</ref>. Куперовские пары имеют радиус примерно 100 нм, поэтому они могут перекрываться друг другом<ref>
{{Cite journal|author=Kadin|first=A. M.|title=Spatial Structure of the Cooper Pair|journal=[[Journal of Superconductivity and Novel Magnetism]]|year=2007|volume=20|issue=4|pages=285–292|arxiv=cond-mat/0510279|doi=10.1007/s10948-006-0198-z}}</ref>. Однако механизм действия [[Нетрадиционный сверхпроводник|высокотемпературных сверхпроводников]] остаётся неясным<ref>{{cite journal|author=P. Monthoux|journal=Phys. Rev. B|volume=46|year=1992|title=Weak-coupling theory of high-temperature superconductivity in the antiferromagnetically correlated copper oxides|doi=10.1103/PhysRevB.46.14803|issue=22|bibcode=1992PhRvB..4614803M|last2=Balatsky|first2=A.|last3=Pines|first3=D.|pages=14803–14817|pmid=10003579|display-authors=etal}}</ref><ref>{{cite journal|author=S. Chakravarty|journal=Science|volume=261|pages=337–40|year=1993|title=Interlayer Tunneling and Gap Anisotropy in High-Temperature Superconductors|doi=10.1126/science.261.5119.337|pmid=17836845|issue=5119|bibcode=1993Sci...261..337C|last2=Sudbo|first2=A.|last3=Anderson|first3=P. W.|last4=Strong|first4=S.|s2cid=41404478|display-authors=etal}}</ref>.

Электроны внутри проводящих твёрдых тел, которые сами являются квазичастицами, при тесном ограничении при температурах, близких к [[Абсолютный нуль температуры|абсолютному нулю]], ведут себя так, как если бы они разделились на три другие [[Квазичастица|квазичастицы]]: [[орбитон]]ы, [[спинон]]ы и [[Холон (квазичастица)|холоны]]<ref>
{{Cite journal|author=Jompol|first=Y.|year=2009|title=Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid|journal=[[Science]]|volume=325|issue=5940|pages=597–601|doi=10.1126/science.1171769|pmid=19644117|bibcode=2009Sci...325..597J|arxiv=1002.2782}}</ref>. Первая несёт спин и магнитный момент, следующая несёт своё орбитальное положение, а последняя — электрический заряд<ref>{{Cite web|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090730141607.htm|title=Discovery about behavior of building block of nature could lead to computer revolution|website=[[Science Daily|ScienceDaily]]|date=2009-07-31|access-date=2009-08-01|archive-date=2019-06-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20190603160743/https://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090730141607.htm|url-status=live}}</ref>.

=== Движение и кинетическая энергия ===
Согласно [[Специальная теория относительности|специальной теории относительности]] при приближении скорости электрона к [[Скорость света|скорости света]], с точки зрения наблюдателя его [[Масса в специальной теории относительности|релятивистская масса]] увеличивается, тем самым затрудняя его последующее ускорение в системе отсчёта наблюдателя. Скорость электрона может приближаться, но никогда не достигнет скорости света в вакууме ''c''. Когда релятивистские электроны, то есть электроны, движущиеся со скоростью, близкой к ''с,'' попадают в диэлектрическую среду, такую как вода, где локальная фазовая<!-- согл. термин со статьёй Эффект Вавилова — Черенкова --> скорость света меньше ''с'', они генерируют слабый свет, называемый [[Эффект Вавилова — Черенкова|черенковским излучением]]<ref>{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1958/|title=The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-09-25|archive-date=2008-10-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20081018162638/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1958/|url-status=live}}</ref>.
[[Файл:Lorentz_factor.svg|альт=The plot starts at zero and curves sharply upward toward the right|справа|мини| Лоренц-фактор как функция скорости. Начинаясь со значения 1, он уходит в бесконечность при стремлении ''v'' к ''c''.]]

Кинетическая энергия ''K''<sub>e</sub> электрона, выраженная относительно его массы покоя, равна:

: <math>\displaystyle K_{\mathrm{e}} = (\gamma - 1)m_{\mathrm{e}} c^2,</math>

где ''m''<sub>e</sub> — масса электрона; <math>\scriptstyle\gamma=1/ \sqrt{ 1-{v^2}/{c^2} }</math> — коэффициент, известный как [[Лоренц-фактор]], зависимый от скорости частицы ''v''. 

Например, [[Национальная ускорительная лаборатория SLAC|линейный ускоритель Стэнфорда]] может [[Ускорение|ускорить]] электрон примерно до 51 ГэВ<!-- для сшивки с предыдущим тезисом надо указать Лоренц-фактор --><ref>{{Cite web|url=http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html|title=Special Relativity|date=2008-08-26|publisher=[[SLAC National Accelerator Laboratory|Stanford Linear Accelerator Center]]|access-date=2008-09-25|archive-date=2011-12-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20111212133514/http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html|url-status=live}}</ref>. Поскольку электрон ведёт себя как волна, при заданной скорости ему ставят в соответствие характерную [[Волна де Бройля|длину волны де Бройля]]. Она определяется выражением ''λ'' <sub>e</sub> = ''h''/''p,'' где ''h'' — [[постоянная Планка]], а ''p'' — импульс частицы<ref name="de_broglie" />. Для энергии электрона 51 ГэВ, длина волны составляет около {{Val|2.4|e=-17|u=м}}, достаточно малая, для исследования структур намного меньших, чем размер атомного ядра<ref>
{{Cite book|last=Adams|first=S.|title=Frontiers: Twentieth Century Physics|url=https://books.google.com/books?id=yIsMaQblCisC&pg=PA215|publisher=[[CRC Press]]|year=2000|isbn=978-0-7484-0840-5}}</ref>.

== Образование ==
[[Файл:Pair_production.png|альт=A photon approaches the nucleus from the left, with the resulting electron and positron moving off to the right|справа|мини| [[Рождение пар|Парное рождение]] электрона и позитрона, вызванное тесным сближением фотона с ядром атома. Символ молнии представляет собой обмен виртуальным фотоном, при этом действует электрическая сила. Угол между частицами очень мал<ref>
{{cite book
 |title=Selected Exercises in Particle and Nuclear Physics
 |first1=Lorenzo |last1=Bianchini
 |publisher=Springer |year=2017
 |isbn=978-3-319-70494-4 |page=79
 |url=https://books.google.com/books?id=lktADwAAQBAJ&pg=PA79
}}</ref>.]]
Теория [[Большой взрыв|Большого взрыва]] — наиболее широко принятая научная теория, объясняющая ранние этапы эволюции [[Вселенная|Вселенной]]<ref>
{{cite book
 | last = Lurquin | first = P. F.
 | title = The Origins of Life and the Universe
 | url=https://archive.org/details/originsoflifet00paul/page/2 |url-access=registration |page=2
 | publisher = Columbia University Press | year = 2003
 | isbn = 978-0-231-12655-7
}}</ref>. В первую миллисекунду Большого взрыва температура превышала 10 миллиард [[Кельвин]] и фотоны имели среднюю энергию более миллиона [[электронвольт]]. Эти фотоны были достаточно энергичны, чтобы реагировать друг с другом, образуя пары электронов и [[позитрон]]ов. Точно так же пары позитрон-электрон аннигилировали друг друга и испускали фотоны высоких энергий — [[гамма-квант]]ов:

: {{SubatomicParticle|photon}} + {{SubatomicParticle|photon}} ↔ {{SubatomicParticle|позитрон}} + {{SubatomicParticle|электрон}}

На этом этапе эволюции Вселенной поддерживалось равновесие между электронами, позитронами и фотонами. Однако по прошествии 15 секунд температура Вселенной упала ниже порога, при котором могло произойти образование электронов и позитронов. Большинство выживших электронов и позитронов аннигилировали друг друга, испустив гамма-излучение, которое ненадолго вновь нагрело Вселенную<ref>
{{cite book
 | last = Silk | first = J.
 | title = The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe
 | pages = 110–112, 134–137
 | publisher = Macmillan | edition = 3rd | year = 2000
 | isbn = 978-0-8050-7256-3
}}</ref>.

По причинам, которые остаются невыясненными, в процессе аннигиляции имело место превышение числа частиц над числом античастиц. Следовательно, выживал примерно один электрон на каждый миллиард электрон-позитронных пар. Этот избыток соответствовал избытку протонов над антипротонами в состоянии, известном как [[Барионная асимметрия Вселенной|барионная асимметрия]], что привело к нулевому суммарному заряду Вселенной<ref>{{Cite journal|author=Kolb|first=E.W.|year=1980|title=The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe|journal=[[Physics Letters B]]|volume=91|issue=2|pages=217–221|doi=10.1016/0370-2693(80)90435-9|bibcode=1980PhLB...91..217K|url=https://authors.library.caltech.edu/99675/2/Development%20of%20Baryon%20Asymmetry%20in%20the%20Early%20Universe.pdf|access-date=2022-02-04|archive-date=2020-10-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20201030105942/https://authors.library.caltech.edu/99675/2/Development%20of%20Baryon%20Asymmetry%20in%20the%20Early%20Universe.pdf|url-status=dead}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/26/1/26-1-sather.pdf|title=The Mystery of Matter Asymmetry|author=Sather|first=E.|date=Spring–Summer 1996|publisher=Stanford University|access-date=2008-11-01|archive-date=2018-07-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20180720234517/http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/26/1/26-1-sather.pdf|url-status=live}}</ref>. Уцелевшие протоны и нейтроны начали вступать в реакции друг с другом — в процессе, известном как [[нуклеосинтез]], с образованием изотопов водорода и [[Гелий|гелия]] со следовыми количествами [[Литий|лития]]. Этот процесс достиг своего пика примерно через пять минут<ref>
{{cite arXiv
 | last1 = Burles | first1 = S.
 | last2 = Nollett | first2 = K. M.
 | last3 = Turner | first3 = M. S.
 | year = 1999
 | title = Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space
 |eprint=astro-ph/9903300
}}</ref>. Любые оставшиеся нейтроны подверглись отрицательному [[бета-распад]]у с периодом полураспада около тысячи секунд, высвобождая при этом протон и электрон.

: {{SubatomicParticle|Neutron}} → {{SubatomicParticle|Proton}} + {{SubatomicParticle|электрон}} + {{SubatomicParticle|Electron antineutrino}}

Примерно на следующие {{Val|300000}} — {{Val|400000|u=лет}} избыточные электроны оставались слишком энергичными, чтобы связываться с [[Атомное ядро|атомными ядрами]]<ref>
{{Cite journal|author=Boesgaard|first=A.M.|year=1985|title=Big bang nucleosynthesis&nbsp;– Theories and observations|journal=[[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]]|volume=23|issue=2|pages=319–378|bibcode=1985ARA&A..23..319B|doi=10.1146/annurev.aa.23.090185.001535}}</ref>. За этим последовал период, известный как [[История Вселенной|рекомбинация]], когда образовались нейтральные атомы и расширяющаяся Вселенная стала прозрачной для излучения<ref name="science5789">
{{Cite journal|author=Barkana|first=R.|year=2006|title=The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization|journal=[[Science]]|volume=313|issue=5789|pages=931–934|doi=10.1126/science.1125644|pmid=16917052|arxiv=astro-ph/0608450|bibcode=2006Sci...313..931B}}</ref>.

Примерно через миллион лет после Большого взрыва начало формироваться первое поколение [[Звезда|звёзд]]<ref name="science5789" />. Внутри звезды [[Ядерные реакции в звёздах|звёздный нуклеосинтез]] приводит к образованию позитронов в результате слияния атомных ядер. Эти частицы антивещества немедленно аннигилируют с электронами, испуская гамма-кванты. Конечным результатом является постоянное уменьшение числа электронов и соответствующее увеличение числа нейтронов. Однако процесс [[Эволюция звёзд|эволюции звёзд]] может привести к синтезу радиоактивных изотопов. Выбранные изотопы могут впоследствии подвергаться отрицательному бета-распаду, испуская из ядра электрон и антинейтрино<ref>{{Cite journal|author=Burbidge|first=E.M.|year=1957|title=Synthesis of Elements in Stars|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|volume=29|issue=4|pages=548–647|doi=10.1103/RevModPhys.29.547|bibcode=1957RvMP...29..547B|url=https://authors.library.caltech.edu/45747/1/BURrmp57.pdf|access-date=2022-02-04|archive-date=2018-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20180723054833/https://authors.library.caltech.edu/45747/1/BURrmp57.pdf|url-status=live}}</ref>. Примером может служить [[Кобальт-60|изотоп кобальта-60]] (<sup>60</sup>Co), который распадается с образованием [[Изотопы никеля|никеля-60]] ({{SimpleNuclide|Никель|60}})<ref>
{{Cite journal|author=Rodberg|first=L.S.|year=1957|title=Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature|journal=[[Science]]|volume=125|issue=3249|pages=627–633|doi=10.1126/science.125.3249.627|pmid=17810563|bibcode=1957Sci...125..627R}}</ref>.
[[Файл:AirShower.svg|альт=A branching tree representing the particle production|мини| Протяжённый воздушный ливень, вызванный энергетическим космическим лучом, проникающим в атмосферу Земли.]]
В конце своей жизни звезда с [[Солнечная масса|массой более 20 масс Солнца]] подвергается [[Гравитационный коллапс|гравитационному коллапсу]] с образованием [[Чёрная дыра|чёрной дыры]]<ref>
{{Cite journal|author=Fryer|first=C.L.|year=1999|title=Mass Limits For Black Hole Formation|journal=[[The Astrophysical Journal]]|volume=522|issue=1|pages=413–418|bibcode=1999ApJ...522..413F|doi=10.1086/307647|arxiv=astro-ph/9902315}}</ref>. Согласно [[Классическая физика|классической физике]], эти массивные звёздные объекты обладают [[Гравитация|гравитационным притяжением]], которое достаточно сильно, чтобы предотвратить [[Электромагнитное излучение|выход чего-либо, даже электромагнитного излучения]], за пределы [[Гравитационный радиус|радиуса Шварцшильда]]<ref>{{cite book |last=Wald |first=Robert M. |author-link=Robert Wald |title=General Relativity |publisher=University of Chicago Press |date=1984 |isbn=978-0-226-87033-5 |url=https://books.google.com/books?id=9S-hzg6-moYC |pages=299–300|access-date=23 February 2016 |archive-date=11 August 2016 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160811035125/https://books.google.com/books?id=9S-hzg6-moYC |url-status=live }}</ref>. Однако считается, что квантово-механические эффекты потенциально позволяют испускать [[излучение Хокинга]] на этом расстоянии. Считается, что электрон-позитронные пары создаются на [[Горизонт событий|горизонте событий]] этих [[Компактная звезда|звёздных остатков]]<ref name="Visser 2003">{{cite journal |last1=Visser |first1=Matt |title=Essential and inessential features of Hawking radiation |url=https://homepages.ecs.vuw.ac.nz/~visser/Articles/Journals/essential.pdf |journal=International Journal of Modern Physics D |doi=10.1142/S0218271803003190 |date=2003 |volume=12 |issue=4 |pages=649–661 |arxiv=hep-th/0106111 |bibcode=2003IJMPD..12..649V |s2cid=16261173 |access-date=2022-07-15 |archive-date=2022-01-20 |archive-url=https://web.archive.org/web/20220120144647/https://homepages.ecs.vuw.ac.nz/~visser/Articles/Journals/essential.pdf |url-status=live }}</ref><ref>{{статья|автор = Laurent, Philippe; Titarchuk, Lev|заглавие = Electron–Positron Pair Creation Close to a Black Hole Horizon: Redshifted Annihilation Line in the Emergent X-Ray Spectra of a Black Hole. I.|оригинал = |ссылка = https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac090|издание = The Astrophysical Journal|год = 2018|том = 859:89|страницы = |doi = 10.3847/1538-4357/aac090|archivedate = 2022-07-15|archiveurl = https://web.archive.org/web/20220715062538/https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac090}}</ref>.

Когда пара виртуальных частиц (таких как электрон и позитрон) создаётся вблизи горизонта событий, случайное пространственное позиционирование может привести к тому, что одна из них появится снаружи; этот процесс называется [[Туннельный эффект|квантовым туннелированием]]. Затем [[гравитационный потенциал]] чёрной дыры предоставляет энергию, превращающую эту виртуальную частицу в реальную частицу, позволяя ей излучаться в космос<ref>{{Cite journal|author=Parikh|first=M.K.|year=2000|title=Hawking Radiation As Tunneling|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=85|issue=24|pages=5042–5045|doi=10.1103/PhysRevLett.85.5042|pmid=11102182|bibcode=2000PhRvL..85.5042P|arxiv=hep-th/9907001}}</ref>. Взамен другой член пары получает отрицательную энергию, что приводит к чистой потере массы-энергии чёрной дырой. Скорость излучения Хокинга увеличивается с уменьшением массы, что в конечном итоге приводит к тому, что чёрная дыра испаряется, пока, наконец, не взорвётся<ref>
{{Cite journal|author=Hawking|first=S.W.|year=1974|title=Black hole explosions?|journal=[[Nature]]|volume=248|issue=5443|pages=30–31|doi=10.1038/248030a0|bibcode=1974Natur.248...30H}}</ref>.

[[Космические лучи]] — это частицы, путешествующие в космосе с высокими энергиями. Были зарегистрированы события с энергией до {{Val|3.0|e=20|u=эВ}}<ref>
{{Cite journal|author=Halzen|first=F.|year=2002|title=High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection|journal=[[Reports on Progress in Physics]]|volume=66|issue=7|pages=1025–1078|bibcode=2002RPPh...65.1025H|arxiv=astro-ph/0204527|doi=10.1088/0034-4885/65/7/201}}</ref>. Когда эти частицы сталкиваются с нуклонами в [[Атмосфера Земли|атмосфере Земли]], генерируется поток частиц, в том числе [[Пион (частица)|пионов]]<ref>
{{Cite journal|author=Ziegler|first=J.F.|year=1998|title=Terrestrial cosmic ray intensities|url=https://archive.org/details/sim_ibm-journal-of-research-and-development_1998-01_42_1/page/117|journal=[[IBM Journal of Research and Development]]|volume=42|issue=1|pages=117–139|doi=10.1147/rd.421.0117|bibcode=1998IBMJ...42..117Z}}</ref>. Более половины космического излучения, наблюдаемого с поверхности Земли, состоит из [[мюон]]ов, которые представляют собой лептоны, возникающие в верхних слоях атмосферы при распаде пиона

: {{SubatomicParticle|Pion-}} → {{SubatomicParticle|Muon}} + {{SubatomicParticle|Muon antineutrino}}

Мюон, в свою очередь, может распасться с образованием электрона или позитрона<ref>{{Cite news|author=Sutton, C.|date=1990-08-04|title=Muons, pions and other strange particles|url=https://www.newscientist.com/article/mg12717284.700-muons-pions-and-other-strange-particles-.html|website=[[New Scientist]]|access-date=2008-08-28|archive-date=2015-02-11|archive-url=https://web.archive.org/web/20150211085842/http://www.newscientist.com/article/mg12717284.700-muons-pions-and-other-strange-particles-.html|url-status=live}}</ref>

: {{SubatomicParticle|Muon}} → {{SubatomicParticle|электрон}} + {{SubatomicParticle|Electron antineutrino}} + {{SubatomicParticle|Muon neutrino}}

== Наблюдение ==
[[Файл:Aurore_australe_-_Aurora_australis.jpg|альт=A swirling green glow in the night sky above snow-covered ground|справа|мини| [[Полярное сияние|Полярные сияния]] в основном вызываются энергичными электронами, попадающими в [[Атмосфера|атмосферу]]<ref>{{Cite press release|date=2008-07-24|title=Scientists solve 30&nbsp;year-old aurora borealis mystery|url=http://www.universityofcalifornia.edu/news/article/18277|url-status=dead|access-date=2008-10-11|archive-date=2008-08-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20080817094058/http://www.universityofcalifornia.edu/news/article/18277}}</ref>.]]
Дистанционное наблюдение электронов требует регистрации их излучаемой энергии. Например, в высокоэнергетических средах, таких как [[Солнечная корона|корона]] звезды, свободные электроны образуют [[Плазма|плазму]], излучающую энергию за счёт [[Тормозное излучение|тормозного]] излучения. Электронный газ подвержен [[Ленгмюровская волна|плазменным колебаниям]], которые представляют собой волны, вызванные изменениями электронной плотности, и они производят выбросы энергии, которые можно обнаружить с помощью [[радиотелескоп]]ов<ref>
{{Cite journal|author=Gurnett|first=D.A.|year=1976|title=Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts|journal=[[Science]]|volume=194|issue=4270|pages=1159–1162|doi=10.1126/science.194.4270.1159|pmid=17790910|bibcode=1976Sci...194.1159G}}</ref>.

[[Частота]] [[фотон]]а пропорциональна его энергии. Когда связанный электрон переходит между различными энергетическими уровнями атома, он поглощает или излучает фотоны с характерными частотами. Например, при облучении атомов источником с широким спектром [[Спектральная линия|в спектре прошедшего излучения появляются отчётливые тёмные линии]] в местах поглощения соответствующей частоты электронами атома. Каждый элемент или молекула отображает характерный набор спектральных линий, таких как [[спектральные серии водорода]]. При [[Спектроскопия|спектроскопических]] измерениях интенсивности и ширины этих линий позволяют определить состав и физические свойства вещества<ref>{{Cite web|url=http://physics.nist.gov/Pubs/AtSpec/|title=Atomic Spectroscopy: A compendium of basic ideas, notation, data, and formulas|author=Martin|first=W.C.|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|access-date=2007-01-08|archive-date=2007-02-08|archive-url=https://web.archive.org/web/20070208113156/http://physics.nist.gov/Pubs/AtSpec/|url-status=live}}</ref><ref>
{{cite book
 | last = Fowles | first = G.R.
 | title = Introduction to Modern Optics
 | pages = 227–233
 | publisher = [[Courier Dover]] | year = 1989
 | isbn = 978-0-486-65957-2
 | url = https://books.google.com/books?id=SL1n9TuJ5YMC&pg=PA227
}}</ref>.

В лабораторных условиях взаимодействия отдельных электронов можно наблюдать с помощью [[Детектор частиц|детекторов частиц]], которые позволяют измерять определённые свойства, такие как энергия, спин и заряд<ref name="grupen">
{{Cite journal|author=Grupen|first=C.|year=2000|title=Physics of Particle Detection|journal=[[AIP Conference Proceedings]]|volume=536|pages=3–34|doi=10.1063/1.1361756|arxiv=physics/9906063|bibcode=2000AIPC..536....3G}}</ref>. Разработка {{iw|Квадрупольная ионная ловушка|ловушек Пауля|en|Quadrupole ion trap}} и [[Ловушка Пеннинга|ловушки Пеннинга]] позволяет удерживать заряженные частицы в небольшой области в течение длительного времени. Это позволяет точно измерять свойства частиц. Например, в одном случае ловушка Пеннинга использовалась для удержания одного электрона в течение 10 месяцев<ref name="nobel1989">{{Cite web|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1989/illpres/|title=The Nobel Prize in Physics 1989|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-09-24|archive-date=2008-09-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20080928042325/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1989/illpres/|url-status=live}}</ref>. Магнитный момент электрона был измерен с точностью до одиннадцати знаков, что в 1980 году оказалось наибольшей точностью среди любых физических констант<ref>{{Cite journal|author=Ekstrom|first=P.|year=1980|title=The isolated Electron|journal=[[Scientific American]]|volume=243|issue=2|pages=91–101|url=http://tf.nist.gov/general/pdf/166.pdf|access-date=2008-09-24|doi=10.1038/scientificamerican0880-104|bibcode=1980SciAm.243b.104E|archive-date=2008-10-02|archive-url=https://web.archive.org/web/20081002032952/http://tf.nist.gov/general/pdf/166.pdf|url-status=live}}</ref>.

Первые видеоизображения распределения энергии электрона были сняты командой [[Лундский университет|Лундского университета]] в Швеции в феврале 2008 года. Учёные использовали чрезвычайно короткие вспышки света, называемые [[аттосекунда|аттосекундными]] импульсами, которые впервые позволили наблюдать за движением электрона<ref>
{{Cite web|url=http://www.atto.fysik.lth.se/video/pressrelen.pdf|title=Electron filmed for the first time ever|author=Mauritsson|first=J.|publisher=[[Lund University]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20090325194101/http://www.atto.fysik.lth.se/video/pressrelen.pdf|archive-date=2009-03-25|access-date=2008-09-17}}</ref><ref name="Mauritsson">
{{Cite journal|author=Mauritsson|first=J.|year=2008|title=Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=100|issue=7|doi=10.1103/PhysRevLett.100.073003|bibcode=2008PhRvL.100g3003M|pmid=18352546|arxiv=0708.1060}}</ref>.

Распределение электронов в твёрдых материалах можно визуализировать с помощью [[Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением|фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением]] (ARPES). Этот метод использует фотоэлектрический эффект для измерения их свойств в [[Обратная решётка|обратном пространстве]], которое удобно для математического представления периодических структур, используемое для установления исходной решётки. ARPES можно использовать для определения направления, скорости и рассеяния электронов в материале<ref>
{{Cite journal|author=Damascelli|first=A.|year=2004|title=Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES|journal=[[Physica Scripta]]|volume=T109|pages=61–74|doi=10.1238/Physica.Topical.109a00061|arxiv=cond-mat/0307085|bibcode=2004PhST..109...61D}}</ref>.

== Плазменные технологии ==

=== Пучки частиц ===
[[Файл:Nasa_Shuttle_Test_Using_Electron_Beam_full.jpg|справа|мини| Во время испытаний в [[Аэродинамическая труба|аэродинамической трубе]] [[НАСА]] [[Спейс шаттл|модель космического челнока]] подвергается воздействию пучка электронов, имитирующего эффект [[ион]]изирующих газов при [[Вход в атмосферу|входе в атмосферу]]<ref>
{{Cite web|url=http://grin.hq.nasa.gov/ABSTRACTS/GPN-2000-003012.html|title=Image # L-1975-02972|date=1975-04-04|publisher=[[NASA]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20081207041522/http://grin.hq.nasa.gov/ABSTRACTS/GPN-2000-003012.html|archive-date=2008-12-07|access-date=2008-09-20|url-status=dead}}</ref>.]]
[[Катодные лучи|Электронные пучки]] используются при [[Электронно-лучевая сварка|сварке]]<ref>{{Cite web|url=https://www.llnl.gov/str/MarApr08/elmer.html|title=Standardizing the Art of Electron-Beam Welding|author=Elmer|first=J.|date=2008-03-03|publisher=[[Lawrence Livermore National Laboratory]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20080920142328/https://www.llnl.gov/str/MarApr08/elmer.html|archive-date=2008-09-20|access-date=2008-10-16|url-status=dead}}</ref>. Они позволяют достигать плотность энергии до {{Val|e=7|u=Вт·см<sup>−2</sup>}} в фокусе диаметром {{Nobr|0.1—1.3 мм}} и обычно не требуют {{iw|присадочный металл|присадок|en|Filler metal}}. Этот метод сварки должен выполняться в вакууме, чтобы электроны не взаимодействовали с остаточными газами до достижения поверхности. Его можно использовать для соединения проводящих материалов, которые в противном случае считались бы непригодными для сварки<ref>
{{cite book
 | last = Schultz | first = H.
 | title = Electron Beam Welding
 | pages = 2–3
 | publisher = [[Woodhead Publishing]] | year = 1993
 | isbn = 978-1-85573-050-2
 | url = https://books.google.com/books?id=I0xMo28DwcIC&pg=PA2
}}</ref><ref>
{{cite book
 | last = Benedict | first = G. F.
 | title = Nontraditional Manufacturing Processes
 | series = Manufacturing engineering and materials processing
 | volume = 19 | page = 273
 | publisher = [[CRC Press]] | year = 1987
 | isbn = 978-0-8247-7352-6
 | url = https://books.google.com/books?id=xdmNVSio8jUC&pg=PA273
}}</ref>.

[[Электронная литография|Электронно-лучевая литография]] (ЭЛЛ) — это метод литографии используемый для создания масок в электронном резисте с [[микрон|субмикронным]] разрешением<ref>
{{cite conference
 | last = Ozdemir | first = F. S.
 | title = Electron beam lithography | pages = 383–391
 | conference = Proceedings of the 16th Conference on Design automation
 | date = June 25–27, 1979 | place = San Diego, CA
 | publisher = [[IEEE Press]]
 | url = http://portal.acm.org/citation.cfm?id=800292.811744
 | access-date = 2008-10-16 |df=dmy-all
}}</ref>. Этот метод ограничен высокой стоимостью, низкой производительностью, необходимостью работы с пучком в высоком вакууме и рассеянием электронов в твёрдых телах. Последняя проблема ограничивает разрешение примерно 10 нм. По этой причине ЭЛЛ в основном используется для производства небольшого количества специализированных [[Интегральная схема|интегральных схем]] и научных исследований<ref>
{{cite book
 | last = Madou | first = M. J.
 | title = Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization
 | pages = 53–54
 | publisher = CRC Press | edition = 2nd | year = 2002
 | isbn = 978-0-8493-0826-0
 | url = https://books.google.com/books?id=9bk3gJeQKBYC&pg=PA53
}}</ref>.

[[Электронно-лучевая обработка]] используется для облучения материалов с целью изменения их физических свойств или [[Стерилизация (микробиология)|стерилизации]] медицинских и пищевых продуктов<ref>{{cite conference|last1=Jongen|first1=Y.|last2=Herer|first2=A.|title=[no title cited]|conference=Electron Beam Scanning in Industrial Applications|department=APS/AAPT Joint Meeting|date=2–5 May 1996|publisher=[[American Physical Society]]|bibcode=1996APS..MAY.H9902J}}</ref>. Электронные лучи разжижают или квазиплавят стекла без существенного повышения температуры при интенсивном облучении: например, интенсивное электронное облучение вызывает уменьшение вязкости на много порядков и ступенчатое уменьшение энергии её активации<ref>
{{Cite journal|author=Mobus|first=G.|year=2010|title=Nano-scale quasi-melting of alkali-borosilicate glasses under electron irradiatio|journal=Journal of Nuclear Materials|volume=396|issue=2–3|pages=264–271|doi=10.1016/j.jnucmat.2009.11.020|bibcode=2010JNuM..396..264M}}</ref>. Электронно-лучевой нагрев используется для получения высокой концентрации энергии в малой области облучаемого материала при относительно малых токах, что может приводить к физико-химическим реакциям на поверхности. При определённых условиях можно достичь проплавления материала с образованием сквозных отверстий{{sfn|Гасанов|2007|с=78}}, что позволяет резать листы материалов толщиной до нескольких сантиметров{{sfn|Гасанов|2007|с=82}}. Для получения особо чистых материалов используют [[Электронно-лучевая плавка|электронно-лучевую плавку]]. При достаточно высокой температуре электронный пучок нагревает поверхность материала, что приводит к его быстрому испарению — это принцип используется в тонкоплёночных технологиях для создания пучков частиц с последующим напылением на подложку{{sfn|Гасанов|2007|с=83}}{{sfn|Гасанов|2007|с=150}}.

Среди циклических ускорителей выделяют [[циклотрон]]<ref>{{книга | автор = Гасанов, И. С. | часть = | заглавие = Плазменная и пучковая технология| оригинал = | ссылка = | издание = | ответственный = | место = Баку| издательство = Элм| год = 2007| том = | страницы = 51| страниц = 174| ref = Гасанов}}</ref>, [[бетатрон]]{{sfn|Гасанов|2007|с=53}}, [[синхротрон]]{{sfn|Гасанов|2007|с=54}}. [[Линейный ускоритель|Линейные ускорители частиц]] генерируют электронные пучки для лечения поверхностных опухолей при [[Радиотерапия|лучевой терапии]]. {{iw|Электронная терапия||en|Electron therapy}} может удалять такие поражения кожи, как [[Базалиома|базально-клеточная карцинома]], потому что электронный пучок проникает только на ограниченную глубину, до полного поглощения, обычно до 5 см для энергий электронов в диапазоне 5—20 [[Электронвольт|МэВ]]. Электронный пучок можно использовать для лечения областей, подвергшихся облучению [[Рентгеновское излучение|рентгеновскими лучами]]<ref>
{{Cite journal|author=Beddar|first=A. S.|title=Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy|url=https://archive.org/details/sim_association-of-operating-room-nurses-aorn-journal_2001-11_74_5/page/700|journal=[[AORN Journal]]|year=2001|volume=74|issue=5|pages=700–705|doi=10.1016/S0001-2092(06)61769-9|pmid=11725448}}</ref><ref>{{Cite web|url=http://www.thymic.org/uploads/reference_sub/02radtherapy.pdf|title=Principles of Radiation Therapy|last=Gazda|first=M. J.|date=2007-06-01|access-date=2013-10-31|archive-date=2018-10-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20181005170917/http://www.thymic.org/uploads/reference_sub/02radtherapy.pdf|url-status=live}}</ref>.

[[Ускоритель заряженных частиц|Ускорители частиц]] используют электрические поля для разгона электронов и их античастиц до высоких энергий. Эти частицы излучают синхротронное излучение при движении в магнитных полях. Зависимость интенсивности этого излучения от [[спин]]а поляризует электронный пучок — процесс, известный как [[эффект Соколова — Тернова]]{{Efn|Поляризация электронного пучка означает, что спины всех электронов направлены в одном направлении. Другими словами, проекции спинов всех электронов на их вектор импульса имеют одинаковый знак<ref>{{статья |издание=[[Доклады Академии наук|Доклады Академии Наук СССР]] |том=153 |страницы=1053 |язык=ru |заглавие=О поляризационных и спиновых эффектах в теории синхротронного излучения|автор=Соколов, А. А.; Тернов, И. М. |год=1963 |тип=журнал}}</ref>.}}. Поляризованные электронные пучки могут быть полезны для различных экспериментов. [[Синхротрон]]ное излучение также может [[Радиационное затухание|охлаждать]] электронные пучки, чтобы уменьшить разброс частиц по импульсу. Пучки электронов и позитронов сталкиваются при ускорении частиц до требуемых энергий; [[Детектор частиц|детекторы частиц]] наблюдают за результирующим излучением энергии, которое изучает [[физика элементарных частиц]]<ref>{{Cite book|last=Chao|first=A. W.|title=Handbook of Accelerator Physics and Engineering|pages=155, 188|url=https://books.google.com/books?id=Z3J4SjftF1YC&pg=PA155|publisher=[[World Scientific]]|year=1999|isbn=978-981-02-3500-0}}</ref>.

=== Визуализация ===
[[Дифракция медленных электронов]] (ДМЭ) — это метод исследования кристаллического материала [[Коллимация|коллимированным пучком]] электронов с последующим наблюдением полученных дифракционных картин для определения структуры материала. Требуемая энергия электронов обычно находится в диапазоне 20—200 эВ<ref>
{{cite book
 | last = Oura | first = K.
 | title = Surface Science: An Introduction
 | url = https://archive.org/details/surfacesciencein00oura_931 | pages = [https://archive.org/details/surfacesciencein00oura_931/page/n10 1]–45
 | publisher = [[Springer Science+Business Media]] | year = 2003
 | isbn = 978-3-540-00545-2
|display-authors=etal}}</ref>. Метод [[Дифракция быстрых электронов|дифракции быстрых электронов на отражение]] (ДБЭО) использует отражение пучка электронов, падающих на поверхность образца под различными малыми углами, для характеристики поверхности кристаллических материалов. Энергия пучка обычно находится в диапазоне 8—20 кэВ и угол падения составляет 1—4°<ref>
{{cite book
 | last1 = Ichimiya | first1 = A.
 | last2 = Cohen | first2 = P. I.
 | title = Reflection High-energy Electron Diffraction
 | page = 1
 | publisher = Cambridge University Press | year = 2004
 | isbn = 978-0-521-45373-8
 | url = https://books.google.com/books?id=AUVbPerNxTcC&pg=PA1
}}</ref><ref>
{{cite journal
 | last = Heppell | first = T. A.
 | year = 1967
 | title = A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus
 | journal = [[Measurement Science and Technology|Journal of Scientific Instruments]]
 | volume = 44 | issue = 9 | pages = 686–688
 | doi =10.1088/0950-7671/44/9/311
 | bibcode = 1967JScI...44..686H
}}</ref>.

[[Электронный микроскоп]] направляет сфокусированный пучок электронов на образец. Некоторые электроны изменяют свои свойства при рассеивании, среди которых направление движения, угол, относительная фаза и энергия, когда луч взаимодействует с материалом. Детекторы микроскопа могут регистрировать эти изменения для получения изображения материала с атомарным разрешением<ref>{{cite web
 | last = McMullan
 | first = D.
 | title = Scanning Electron Microscopy: 1928–1965
 | publisher = University of Cambridge
 | year = 1993
 | url = http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/achievements/mcmullan/mcm.htm
 | access-date = 2009-03-23
 | archive-date = 2019-05-14
 | archive-url = https://web.archive.org/web/20190514230808/http://www-g.eng.cam.ac.uk/125/achievements/mcmullan/mcm.htm
 | url-status = live
 }}</ref>. В синем свете обычные [[Оптический микроскоп|оптические микроскопы]] имеют дифракционно-ограниченное разрешение около 200 нм<ref>
{{cite book
 | last = Slayter | first = H. S.
 | title = Light and electron microscopy
 | page = 1
 | publisher = Cambridge University Press | year = 1992
 | isbn = 978-0-521-33948-3
 | url = https://books.google.com/books?id=LlePVS9oq7MC&pg=PA1
}}</ref>. Для сравнения, электронные микроскопы теоретически ограничены [[Волна де Бройля|длиной волны де Бройля]] электрона. Эта длина волны, например, равна 0,0037 нм для электронов, ускоренных при потенциале [[Вольт|100 000 В]]<ref>
{{cite book
 | last = Cember | first = H.
 | title = Introduction to Health Physics
 | pages = 42–43
 | publisher = [[McGraw-Hill|McGraw-Hill Professional]] | year = 1996
 | isbn = 978-0-07-105461-4
 | url = https://books.google.com/books?id=obcmBZe9es4C&pg=PA42
}}</ref>. {{iw|Просвечивающий электронный микроскоп с коррекцией аберраций||en|Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope}} способен измерять расстояния менее 0,05 нм, что более чем достаточно для разрешения отдельных атомов<ref>{{cite journal
 |last1           = Erni
 |first1          = R.
 |display-authors = etal
 |year            = 2009
 |title           = Atomic-Resolution Imaging with a Sub-50-pm Electron Probe
 |journal         = [[Physical Review Letters]]
 |volume          = 102
 |issue           = 9
 |page            = 096101
 |doi             = 10.1103/PhysRevLett.102.096101
 |bibcode         = 2009PhRvL.102i6101E
 |pmid            = 19392535
 |url             = https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc927376/
 |access-date     = 2022-02-04
 |archive-date    = 2020-01-02
 |archive-url     = https://web.archive.org/web/20200102164706/https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc927376/
 |url-status      = live
}}</ref>. Эта возможность делает электронный микроскоп полезным лабораторным инструментом для получения изображений с высоким разрешением. Однако электронные микроскопы являются дорогими приборами, обслуживание которых требует больших затрат<ref>{{статья|автор = Shiloh, Roy; et al.|заглавие = Spherical aberration correction in a scanning transmission electron microscope using a sculpted thin film|оригинал = |ссылка = https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399117305259|издание = Ultramicroscopy|год = 2018|том = 189|страницы = 46—53|doi = 10.1016/j.ultramic.2018.03.016|archivedate = 2022-07-15|archiveurl = https://web.archive.org/web/20220715060958/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399117305259}}</ref>.

В рентгенографии используется рентгеновские трубки, где катод при нагревании испускает электроны, которые ускоряются в вакуумном промежутке между катодом и анодом при большой разности потенциалов. Полученный ускоренный пучок электронов попадает на положительно заряженный анод, где электроны испытывают резкое торможение, благодаря чему возникает [[тормозное излучение]] рентгеновского диапазона. В процессе торможения лишь около 1[[Процент|%]] кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло<ref>{{книга
 |автор = Кишковский, А. Н.; Тютин, Л. А.
 |заглавие = Медицинская рентгенотехника
 |издательство = Л.: Медицина, Ленингр. отд-ние
 |год = 1983
 }}</ref>.

Существуют два основных типа электронных микроскопов: [[Просвечивающий электронный микроскоп|просвечивающие]] и [[Растровый электронный микроскоп|сканирующие]]. Просвечивающие электронные микроскопы работают как [[Кодоскоп|диапроекторы]]: пучок электронов проходит через срез материала, а затем проецируется [[Магнитная линза|линзами]] на [[Обращаемые фотоматериалы|предметное стекло]] или [[ПЗС|прибор с зарядовой связью]]. Сканирующие электронные микроскопы [[Растровая развёртка|растрируют]] тонко сфокусированный электронный пучок, как в электронно-лучевой трубке телевизора, исследуемый образец для получения изображения. Увеличение варьируется от 100× до 1 000 000× или выше для обоих типов микроскопов. [[Сканирующий туннельный микроскоп]] использует квантовое туннелирование электронов между острым металлическим остриём (иглой) и атомами исследуемого материала и создаёт изображение его поверхности с атомарным разрешением<ref name="bozzola_1999">
{{cite book
 | last1 = Bozzola | first1 = J. J.
 | last2 = Russell | first2 = L. D.
 | title = Electron Microscopy: Principles and Techniques for Biologists
 | pages = 12, 197–199
 | publisher = [[Jones & Bartlett Learning|Jones & Bartlett Publishers]]
 | year = 1999 | isbn = 978-0-7637-0192-5
 | url = https://books.google.com/books?id=RqSMzR-IXk0C&pg=PA12
}}</ref><ref>
{{cite book
 | last1 = Flegler | first1 = S. L.
 | last2 = Heckman Jr. | first2 = J. W.
 | last3 = Klomparens | first3 = K. L.
 | title = Scanning and Transmission Electron Microscopy: An Introduction
 | url = https://archive.org/details/scanningtransmis0000fleg_a7x2/page/43 |publisher=Oxford University Press |edition=Reprint |year=1995
 | pages = 43–45
 | isbn = 978-0-19-510751-7
}}</ref><ref>
{{cite book
 | last1 = Bozzola | first1 = J. J.
 | last2 = Russell | first2 = L. D.
 | title = Electron Microscopy: Principles and Techniques for Biologists
 | page = 9
 | publisher = [[Jones & Bartlett Learning|Jones & Bartlett Publishers]]
 | edition = 2nd | year = 1999 | isbn = 978-0-7637-0192-5
 | url = https://books.google.com/books?id=RqSMzR-IXk0C&pg=PA9
}}</ref>.

=== Другие приложения ===
В [[Лазер на свободных электронах|лазере на свободных электронах]] (ЛСЭ) [[Релятивистский электронный пучок|пучок релятивистских электронов]] проходит через пару [[ондулятор]]ов, содержащих массивы [[Дипольный магнит|дипольных магнитов]], поля которых разнонаправленны. Электроны испускают синхротронное излучение, которое [[Когерентность (физика)|когерентно]] взаимодействует с теми же электронами, сильно усиливая поле излучения на [[резонанс]]ной частоте. ЛСЭ может излучать когерентный пучок электромагнитного излучения с высокой [[Энергетическая яркость|яркостью]] и в широком диапазоне частот, от [[Микроволновое излучение|микроволн]] до мягкого рентгеновского излучения. Эти устройства используются в производстве, связи и с медицинскими целями, такими как хирургия мягких тканей<ref>
{{cite book
 | last1 = Freund | first1 = H. P.
 | last2 = Antonsen | first2 = T.
 | title = Principles of Free-Electron Lasers
 | pages = 1–30
 | publisher = [[Springer Science+Business Media|Springer]]
 | year = 1996 | isbn = 978-0-412-72540-1
 | url = https://books.google.com/books?id=73w9tqTgbiIC&pg=PA1
}}</ref>.

Электроны играют важную роль в [[Электронно-лучевые приборы|электронно-лучевых трубках]], которые широко использовались в качестве устройств отображения в лабораторных приборах, [[Монитор (устройство)|компьютерных мониторах]] и [[телевизор]]ах<ref>
{{cite book
 | last = Kitzmiller | first = J. W.
 | title = Television Picture Tubes and Other Cathode-Ray Tubes: Industry and Trade Summary
 | pages = 3–5
 | publisher = Diane Publishing | year = 1995
 | isbn = 978-0-7881-2100-5
}}</ref>. В [[Фотоумножитель|фотоумножителе]] каждый фотон, падающий на [[фотокатод]], инициирует лавину электронов, которая создаёт регистрируемый импульс тока<ref>
{{cite book
 | last = Sclater | first = N.
 | title = Electronic Technology Handbook
 | url = https://archive.org/details/electronicstechn0000scla/page/227 | pages = 227–228
 | publisher = [[McGraw-Hill|McGraw-Hill Professional]] | year = 1999
 | isbn = 978-0-07-058048-0
}}</ref>. [[Электронная лампа|Вакуумные лампы]] используют поток электронов для управления электрическими сигналами, и они сыграли решающую роль в развитии электронных технологий. Однако впоследствии они были в значительной степени вытеснены [[Твердотельная электроника|твердотельными устройствами]], такими как [[транзистор]]<ref>{{cite web
 | title = The History of the Integrated Circuit
 | url = http://nobelprize.org/educational_games/physics/integrated_circuit/history/
 | publisher = [[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]
 | year = 2008
 | access-date = 2008-10-18
 | archive-date = 2008-12-01
 | archive-url = https://web.archive.org/web/20081201144536/http://nobelprize.org/educational_games/physics/integrated_circuit/history/
 | url-status = live
 }}</ref>.

== См. также ==
* [[Вырожденный газ]]

== Примечания ==

=== Комментарии ===
{{комментарии}}

=== Источники ===
{{примечания}}

== Литература на русском языке ==
{{Навигация}}
* ''[[Бронштейн, Матвей Петрович|Бронштейн М. П.]]'' Атомы и электроны. — М.: [[Наука (издательство)|Наука]]. — 1980. — 152 с., [[Библиотечка «Квант»]], вып. 1. Тир. 150000 экз.
* {{книга|автор=Дмитриев И.С. |заглавие = Электрон глазами химика |ответственный = 2-е изд., испр. |место= Л. |издательство= Химия |год= 1986 |страниц = 225 |ref=Дмитриев, Электрон глазами химика}}
* {{книга | автор = [[Широков, Юрий Михайлович|Широков Ю. М.]], [[Юдин, Николай Прокофьевич|Юдин Н. П.]] | заглавие = Ядерная физика | место = М. | издательство  = Наука | год = 1972 | страниц = 670 | isbn = | ref = Широков}}
* {{книга|автор=[[Буравихин, Виктор Анатольевич|Буравихин В. А.]], Егоров В. А. |заглавие = Биография электрона |ответственный = |место= М. |издательство= Знание |год= 1985 |страниц = 136 |ref=Биография электрона}}
* {{книга|автор=[[Китайгородский, Александр Исаакович|Китайгородский А. И.]]|заглавие = Электроны |ответственный = |место= М. |издательство= Наука |год= 1979 |страниц = 206 |ref=Электроны}}
* {{книга|автор=[[Соколов, Арсений Александрович (физик)|Соколов А. А.]], [[Тернов, Игорь Михайлович|Тернов И. М.]]|заглавие = Релятивистский электрон |ответственный = |место= М. |издательство= Наука |год= 1974 |страниц = 391 |ref=Соколов}}

== Ссылки ==
{{Навигация|Викисловарь = электрон|Викитека = |}}
* Все известные свойства электрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [http://pdg.lbl.gov/2012/listings/rpp2012-list-electron.pdf]{{ref-en}}.
* {{cite web
 | title = The Discovery of the Electron
 | publisher = [[American Institute of Physics]]
 | url = http://www.aip.org/history/electron/
}}
* {{cite web
 | title = Particle Data Group
 | publisher = University of California
 | url = http://pdg.lbl.gov/
}}
* {{cite book
 | last1 = Bock | first1 = R.K.
 | last2 = Vasilescu | first2 = A.
 | title = The Particle Detector BriefBook
 | publisher = Springer | edition = 14th | year = 1998
 | isbn = 978-3-540-64120-9
 | url = https://physics.web.cern.ch/ParticleDetector/BriefBook/
}}
* {{cite web
 |last=Copeland |first=Ed
 |title=Spherical Electron
 |url=http://www.sixtysymbols.com/videos/electron_sphere.htm
 |website=Sixty Symbols
 |publisher=[[Brady Haran]] for the [[University of Nottingham]]
}}

{{ВС}}
{{Квантовая электродинамика}}
{{Частицы}}
{{Квазичастицы}}
{{Избранная статья|Физика}}

[[Категория:Электрон]]
[[Категория:Лептоны]]