電子靜止質(zhì)量起源

人們是從認(rèn)識電子開始而知道原子核的，我們平常所用的電也來自于這種微小粒子的快速流動?？茖W(xué)家是怎么發(fā)現(xiàn)電子的呢"_blank" href="/item/陰極射線">陰極射線。

19世紀(jì)后，科學(xué)家們對電有了更多的認(rèn)識，開始從事與氣體放電現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。1867年，德國科學(xué)家希托夫發(fā)現(xiàn)，如果將金屬薄片放在真空放電管的陰極和產(chǎn)生熒光的管壁之間，有清晰的陰影產(chǎn)生，說明產(chǎn)生熒光的是一種起源于陰極、沿直線前進(jìn)的射線，而且它能被磁鐵偏轉(zhuǎn)，說明帶有電荷，人們稱此為“陰極射線”。

這一現(xiàn)象引起英國科學(xué)家湯姆遜的濃厚興趣。1897年，湯姆遜根據(jù)陰極射線在電場和磁場作用下的偏轉(zhuǎn)，判定這是一種帶電荷的粒子流，又用實(shí)驗(yàn)測定出這些粒子的電荷與其質(zhì)量的比率為氫離子的千分之一。

后來，英國科學(xué)家克魯克斯發(fā)明一種新的高真空度氣體放電管，通上高壓電后，陰極發(fā)射出強(qiáng)烈的熒光，照射在陰極對面的玻璃壁上，如果在陰極和玻璃壁之間放置一個小葉輪，輪葉就會開始轉(zhuǎn)動，說明這種射線具有熱效應(yīng)和動量。

當(dāng)時人們唯一知道的帶電粒子是原子的負(fù)離子，但陰極射線粒子不可能是這種負(fù)離子，因?yàn)樗茈姶艌龅钠D(zhuǎn)如此強(qiáng)。這只有兩種可能，要么就是它的質(zhì)量很小，要么就是它具有非常高的電荷。湯姆遜最終測定出陰極射線粒子的電荷同電解中氫離子所帶的電荷是同一數(shù)量級，從而證明了陰極射線粒子的質(zhì)量確實(shí)只是氫離子的千分之一。

湯姆遜還發(fā)現(xiàn)，無論是改變放電管中氣體的成分，還是改變陰極材料，陰極射線的粒子都是相同的，而且不論是由于強(qiáng)電場的電離、紫外光的照射、正離子的轟擊、金屬受灼熱還是放射性物質(zhì)的自發(fā)輻射，都發(fā)射出相同的帶電粒子，說明這些粒子一定是從金屬原子中被撞擊出來的，因此它必定是組成原子的一種更小的粒子。湯姆遜用令人信服的證據(jù)表明，原子并非像人們以往所認(rèn)為的那樣是物質(zhì)最終不可分割的基本粒子。湯姆遜當(dāng)時把它稱作“微粒”，后來改稱“電子”。

這種觀念在當(dāng)時令人震驚，但其后越來越多的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。在1909年，美國物理學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)，精確地測定出微小油滴上所帶的電子電荷值，再次證明了電荷的不連續(xù)性和電子的存在。這些發(fā)現(xiàn)將人們進(jìn)一步帶人到原子世界的內(nèi)部。湯姆遜因此獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎，密立根獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果，電子的質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的1/1837，即9.10×10^-28kg 。

電子〔靜〕質(zhì)量是電子靜止?fàn)顟B(tài)時所具有的質(zhì)量，符號為m_e。原子物理學(xué)和核物理學(xué)的量。SI單位：kg(千克)。并用的非SI單位：u(原子質(zhì)量單位)。1 u=(1.660 540 2±0.000 001 0)×10^-27 kg。m_e=9.109 389 7±0.000 005 4)×10^-31 kg=(5. 485 799 03±0.000 000 13)×10^-4u。

“電子靜止質(zhì)量”在不同場所都有出現(xiàn)?！半娮屿o止質(zhì)量”與電荷一起構(gòu)建了最重要的基本粒子電子；“電子靜止質(zhì)量”與電荷共同約定了電子的有效尺寸——電子等效直徑d；兩個“電子靜止質(zhì)量”之間的萬有引力與兩個電荷之間的靜電力，于相同力學(xué)條件下的力度比D，是最重要的物理常數(shù)之一；“電子靜止質(zhì)量”還可以整裝地從正能態(tài)變成負(fù)能態(tài)，成為狄拉克海中的負(fù)能態(tài)電子的基本成分。以上陳述說明，“電子靜止質(zhì)量”是一個特殊意義的質(zhì)量集團(tuán)。我們暫且不去考慮它是不是最小的質(zhì)量體，我們只在承認(rèn)和利用“電子靜止質(zhì)量”的穩(wěn)定的質(zhì)量恒值狀態(tài)，以及與這個質(zhì)量恒值相關(guān)的幾個有意義的力學(xué)常數(shù)：比如電子體積v，亦為“電子靜止質(zhì)量”的體積常數(shù)；比如質(zhì)心相距為d時的兩個“電子靜止質(zhì)量”間的萬有引力

電子靜止質(zhì)量質(zhì)元

定義“電子靜止質(zhì)量”為一個恒定的質(zhì)量團(tuán)粒，稱為“質(zhì)元”Unitmass，其質(zhì)量用m代表，其占有空間表達(dá)為【】，其體積即是電子體積v，其實(shí)體表示為【m】。定義負(fù)值的“電子靜止質(zhì)量”亦是一個恒定的質(zhì)量團(tuán)粒，稱作“負(fù)質(zhì)元”Negunitmass，用m^-代表它的負(fù)值質(zhì)量，其占有空間同樣表達(dá)為【】，其體積同為v，其實(shí)體表示為【m^-】。為了引進(jìn)無法回避的新概念術(shù)語，介紹了上述幾個漢語和英語的新詞匯。

質(zhì)元體積就是電子體積，負(fù)質(zhì)元體積又同質(zhì)元體積一樣，所以v為質(zhì)元體積、負(fù)質(zhì)元體積以及電子體積的共同表達(dá)，電子等效直徑d同樣為質(zhì)元、負(fù)質(zhì)元、電子三者的一維尺寸的共同表達(dá)，也可稱之為“質(zhì)元等效直徑”。于是有

【】和

電子的二元結(jié)構(gòu)表達(dá)為【m e】。如果令符號【 】代表質(zhì)元實(shí)體【m】，電子二元結(jié)構(gòu)的表達(dá)形式【 e】，可以更加接近實(shí)際的物理圖像——質(zhì)元包容中心點(diǎn)電荷。

【 】=【m】

【 e】=【m e】

兩個無擾狀態(tài)的質(zhì)元A與B之間給出的最強(qiáng)重力作用配位是，兩個質(zhì)元球體緊密相切。這時兩球的質(zhì)心距離最短，恰為d。如圖《兩個質(zhì)元球mA與mB的球面緊貼的二維示意》所示。這種配位下的兩質(zhì)元之間的萬有引力大小，恰為一個常數(shù)單元

定義

電子靜止質(zhì)量康普頓效應(yīng)

在康普頓散射中，被散射的光子的波長大于入射光子波長，波長的改變量為

電子靜止質(zhì)量質(zhì)心系和閾能

能量守恒對兩個粒子碰撞時所能發(fā)生的核反應(yīng)或事件加上了一個普遍的限制，例如，一個高能光子(

然而，這個反應(yīng)在自由空間中對于任何能量都是不可能的，因?yàn)閯恿坎豢赡苁睾?，光子的動量?section class="formula-container formula-container__inline"> 。我們選電子-正電子對的質(zhì)心在其中為靜止的參考系來觀察這個反應(yīng)，在這個參考系中，電子動量與正電子動量之和為零：

這個反應(yīng)能在另一粒子——例如一個原子核——的附近進(jìn)行，因?yàn)檫@時原子核可以吸收動量的改變，原子核通過它的庫侖場對帶電粒子的推和拉，吸收了動量的改變，于是，可能有

原子核的動量由于反應(yīng)而改變了，但在其他方面，原子核實(shí)際上沒有變化，因而它只是起了一種簡單的催化劑作用。原子核的初始動量可以是零。

一個重粒子或原子核是吸收多余動量而不吸收很多能量的良好媒介物。這一點(diǎn)可以從非相對論性動能的表達(dá)式中看出：