الکترون: تفاوت بین نسخه‌ها
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
[[رده:فیزیک]]{{تکمیلی}} | [[رده:فیزیک]]{{تکمیلی}} | ||
| + | |||
| + | == کشف الکترون == | ||
| + | |||
| + | |||
| + | الکترون ها هسته [[اتم]] را احاطه کرده اند.نام الکترون از واژه یونانی کهربا گرفته شده که صمغ فسیل شده زرد مایل به قهوه ای رنگی است که یونانیان اولیه روی آن تحقیق می کردند.آنها دریافتند وقتی کهربا را به تکه پارچه ای بمالند، چیزهای سبکی چون تکه های کاه را جذب می کند.این پدیده که به اثر کهربا معروف است به مدت 2000سال ناشناخته ماند.در اواخر قرن شانزدهم، ویلیام گیلبرت، پزشک ملکه الیزابت،مواد دیگری یافت که رفتاری کهربا مانند داشتند و آنها را "الکتریکی" نامید.مفهوم [[بار الکتریکی]] باید تقریبا دو قرن پس از آن منتظر آزمایش های بنجامین فرانکلین،دانشمند آمریکایی می ماند.فرانکلین آزمایش هایی را با الکتریسیته انجام داد و فرض کرد شاره ای الکتریکی وجود دارد که می تواند از جایی به جای دیگر روان شود. او جسمی را که مقدار اضافی از این شاره داشت دارای [[بار الکتریکی]] مثبت و جسم با کمبود این شاره را دارای بارالکتریکی منفی نامید.تصور می شد این شاره ماده معمولی راجذب و خودش را دفع کند.گرچه دیگر از شاره الکتریکی صحبت به میان نمی آوریم، اما هنوز روش فرانکلین را در تعریف الکتریسیته منفی و مثبت به کار می بریم. بیشتر ما چیزهایی درباره آزمایش بادبادک پرانی سال1752 فرانکلین در توفان آذرخش می دانیم که نشان داد آذرخش تخلیه الکتریکی بین ابرها و زمین است.این کشف به او نشان داد که الکتریسیته منحصر به اجسام جامد یا مایع نیست و می تواند در [[گاز]]ها نیز حرکت کند.آزمایش های فرانکلین بعدها الهام بخش دیگر دانشمندان در تولید جریان های الکتریکی در گازهای رقیق گوناگون و لامپ های شیشه ای مهر و موم شده گشت.سر ویلیام کروکس، دانشمند نامتعارف انگلیسی، نیز از این جمله بود که در دهه 1870 گمان می کرد می تواند با مردگان ارتباط برقرار کند. او را بیشتر به خاطر لامپ کروکس می شناسیم که لامپ شیشه ای مهر و موم شده حاوی [[گاز]] بسیار کم فشاری است که الکترودهایی در نزدیکی دو انتهای آن قرار دارند(طلایه دار تابلوهای نئون امروزی).وقتی الکترودها به منبع ولتاژی (مانند یک باتری) متصل می شدند، گاز تابان می شد.گازهای گوناگون به رنگ های مختلف تابان می شدند.آزمایش های انجام شده در لامپ های حاوی شیارها و صفحه های فلزی نشان داد نوعی پرتو که از پایانه منفی(کاتد) لامپ سرچشمه می گیردسبب تابان شدن گاز می گردد.شیارها پرتو را باریک می شاختند و صفحه ها مانع از رسیدن پرتوها به پایانه مثبت(آند) می شدند. این دستگاه را لامپ پرتو کاتدی نامیدند.وقتی بارهای الکتریکی را به لامپ نزدیک می کردند، پرتو منحرف می شد.حضور آهنربا سبب انحراف این پرتو می شد. این یافته ها نشان داد که پرتو از بارهای منفی تشکیل شده است. | ||
| + | در سال 1897، جوزف جان تامسون فیزیک دان انگلیسی(جی.جی تامسون) نشان داد که پرتوهای کاتدی در واقع از ذرات یکسان کوچکتر و سبک تر از [[اتم]] تشکیل شده اند.او باریکه های نازکی از پرتوهای کاتدی تولید کرد و انحراف آنها را در [[میدان الکتریکی|میدان های الکتریکی]] و [[میدان مغناطیسی|مغناطیسی]] اندازه گرفت.تامسون استدلال کرد مقدار انحراف باریکه ها به [[جرم]] و [[بار الکتریکی]] ذرات تشکیل دهنده اش بستگی دارد.بدین صورت که هر چه بار ذره بیشتر باشد، لختی آن زیادتر و انحرافش کمتر می شود.هرچه بار ذره بیشتر باشد، [[نیرو]]ی وارد بر آن زیادتر و انحرافش کمتر می شود.هرچه [[سرعت]] آن بیشتر باشد، انحرافش کمتر می شود.تامسون با اندازه گیری های دقیق انحراف باریکه موفق شد نسبت بار به [[جرم]] ذرات پرتو کاتدی را، که اندکی بعد آن را الکترون نامید،محاسبه کند.تمام الکترون ها یکسان اند؛ آنها رونوشت یکدیگرند.جایزه نوبل فیزیک سال 1906 را جی.جی تامسون برای اثبات وجود الکترون دریافت کرد. | ||
| + | |||
| + | نفر بعدی که بررسی ویژگی های الکترون پرداخت رابرت میلیکان فیزیک دان آمریکایی بود.او مقدار عددی یک واحد [[بار الکتریکی]] را بر مبنای آزمایشی محاسبه کرد که در سال 1909 انجام داد.در این آزمایش میلیکان قطره های بسیار ریز روغن را به داخل اتاقکی افشاند که بین صفحه های دارای [[بار الکتریکی]]- یعنی در یک [[میدان الکتریکی]]- قرار گرفته بود.وقتی میدان الکتریکی قوی بود برخی قطره های ریز به طرف بالا حرکت می کردند که نشان می داد حامل مقدار بسیار کمی بار منفی هستند.میلیکان، میدان را طوری تنظیم کرد که قطره های ریز معلق بی حرکت شدند.او می دانست که در این حالت نیروی پایین سوی [[گرانش|گرانی]] وارد بر قطره ریز درست با [[نیرو]]ی بالاسوی الکتریکی متوازن می شود.تحقیقات نشان داد که بار هر قطره همواره مضرب درستی از مقدار بسیار کوچکی است که او آن را واحد بنیادی بار هر الکترون در نظر گرفت. با استفاده از این مقدار و نسبتی که تامسون کشف کرده بود، میلیکان نسبت [[جرم]] الکترون را حدود1/2000 جرم سبک ترین اتم شناخته شده،[[هیدروژن]]، به دست آورد.این موضوع ثابت کرد که [[اتم]] دیگر سبک ترین ذره ماده نیست. برای این کار میلیکان جایزه نوبل فیزیک سال 1923 را دریافت کرد. | ||
| + | اگر [[اتم]] ها حاوی الکترون های دارای بار منفی بودند، پس منطقی این بود که ماده دارای بار مثبت متوازن کننده ای هم داشته باشند.جی.جی تامسون چیزی را مطرح کرد که آن را مدل"کیک کشمشی " [[اتم]] نامید و در ان الکترون ها مانند کشمش در دریایی از کیک دارای بارمثبت شناور بودند.آزمایش های رادرفورد و آزمایش با ورقه طلا،نشان داد که این مدل غلط است. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | == الکترون در مدل اتمی بور == | ||
| + | |||
| + | در سال 1913،[[نیلز بوهر|بور]] با استفاده از نظریه کوانتومی [[ماکس پلانک|پلانک]] و [[آلبرت اینشتین|انشتین]] در مورد [[اتم]] هسته دار [[ارنست رادرفورد|رادرفورد]]،مدل سیاره ای [[اتم]] را تدوین کرد. او استدلال کرد که الکترون ها حالت های مانایی(با انرژی،و نه با مکان معین) را در فاصله های مختلف از هسته اشغال می کنند و می توانند با پرش های کوانتومی (از حالت با [[انرژی]] بیشتر به حالت با انرژی کمتر) صورت گیرد. به علاوه متوجه شد که [[بسامد]] تابش گسیل شده از رابطه E=hf (در واقع f=E/h) به دست می آید که در آنE اختلاف [[انرژی]] الکترون در مدارهای مختلف است.این تحولی مهم بود زیرا نشان می داد که [[بسامد]] [[فوتون]] گسیل شده،بسامد کلاسیک ارتعاش الکترون نیست، بلکه مقدار آن را اختلاف تراز های انرژی در اتم تعیین می کند.بدین ترتیب بور توانست گام بعدی را بردارد و انرژی تک تک مدارها را مشخص کندمدل سیاره ای بور پرسش مهمی را مطرح می کرد.با توجه به نظریه [[جیمز کلارک ماکسول|ماکسول]]، الکترون های شتاب دار [[انرژی]] را به صورت [[امواج الکترومغناطیسی]] تابش می کردند.بنابراین،الکترونی که در حرکت شتاب دار به دور هسته بود باید مدام انرژی تابش می کرداین تابش [[انرژی]] باید باعث حرکت مارپیچی الکترون به طرف هسته می شد تا در نهایت بر روی هسته سقوط کند. بور در اقدامی جسورانه با بیان اینکه الکترون هنگام حرکت در یک مدار به دور هسته [[نور]] تابش نمی کند، بلکه تابش نور در گذار الکترون از تراز با [[انرژی]] بالاتر به تراز با انرژی پایین تر صورت می گیرد، از [[فیزیک]] کلاسیک منحرف شد.انرژی [[فوتون]] گسیل شده برابر اختلاف انرژی بین دو تراز انرژی است، E=hf. رنگ نور به اندازه پرش بستگی دارد.بنابراین، کوانتیده کردن انرژی [[نور]] تقریبا نظیر کوانتیده کردن انرژی الکترون است. | ||
== مکانیک کوانتومی == | == مکانیک کوانتومی == | ||
| سطر ۳۴: | سطر ۴۸: | ||
در سال ۱۸۳۳ - ۱۸۳۲ مایکل فارادی مجموعه آزمایش‌های مهمی در زمینه برقکافت شیمیایی انجام داد. در فرآیند برقکافت، مواد مرکب به‌وسیله الکتریسیته تجزیه می‌شوند. فارادی رابطه بین مقدار الکتریسیته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد و فرمول قوانین برقکافت را بدست آورد. بر مبنای کار فارادی، جرج جانستون استونی در سال ۱۸۷۴ به طرح این مسأله پرداخت که: واحدهای بار الکتریکی با اتمها پیوستگی دارند. او در سال ۱۸۹۱ این واحد را الکترون نامید. | در سال ۱۸۳۳ - ۱۸۳۲ مایکل فارادی مجموعه آزمایش‌های مهمی در زمینه برقکافت شیمیایی انجام داد. در فرآیند برقکافت، مواد مرکب به‌وسیله الکتریسیته تجزیه می‌شوند. فارادی رابطه بین مقدار الکتریسیته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد و فرمول قوانین برقکافت را بدست آورد. بر مبنای کار فارادی، جرج جانستون استونی در سال ۱۸۷۴ به طرح این مسأله پرداخت که: واحدهای بار الکتریکی با اتمها پیوستگی دارند. او در سال ۱۸۹۱ این واحد را الکترون نامید. | ||
| − | در سال‌های پایانی سده نوزدهم میلادی بیشتر فیزیکدانان | + | در سال‌های پایانی سده نوزدهم میلادی بیشتر فیزیکدانان ب |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
نسخهٔ ۲۵ آوریل ۲۰۱۳، ساعت ۱۸:۳۸
|
محتویات
کشف الکترون
الکترون ها هسته اتم را احاطه کرده اند.نام الکترون از واژه یونانی کهربا گرفته شده که صمغ فسیل شده زرد مایل به قهوه ای رنگی است که یونانیان اولیه روی آن تحقیق می کردند.آنها دریافتند وقتی کهربا را به تکه پارچه ای بمالند، چیزهای سبکی چون تکه های کاه را جذب می کند.این پدیده که به اثر کهربا معروف است به مدت 2000سال ناشناخته ماند.در اواخر قرن شانزدهم، ویلیام گیلبرت، پزشک ملکه الیزابت،مواد دیگری یافت که رفتاری کهربا مانند داشتند و آنها را "الکتریکی" نامید.مفهوم بار الکتریکی باید تقریبا دو قرن پس از آن منتظر آزمایش های بنجامین فرانکلین،دانشمند آمریکایی می ماند.فرانکلین آزمایش هایی را با الکتریسیته انجام داد و فرض کرد شاره ای الکتریکی وجود دارد که می تواند از جایی به جای دیگر روان شود. او جسمی را که مقدار اضافی از این شاره داشت دارای بار الکتریکی مثبت و جسم با کمبود این شاره را دارای بارالکتریکی منفی نامید.تصور می شد این شاره ماده معمولی راجذب و خودش را دفع کند.گرچه دیگر از شاره الکتریکی صحبت به میان نمی آوریم، اما هنوز روش فرانکلین را در تعریف الکتریسیته منفی و مثبت به کار می بریم. بیشتر ما چیزهایی درباره آزمایش بادبادک پرانی سال1752 فرانکلین در توفان آذرخش می دانیم که نشان داد آذرخش تخلیه الکتریکی بین ابرها و زمین است.این کشف به او نشان داد که الکتریسیته منحصر به اجسام جامد یا مایع نیست و می تواند در گازها نیز حرکت کند.آزمایش های فرانکلین بعدها الهام بخش دیگر دانشمندان در تولید جریان های الکتریکی در گازهای رقیق گوناگون و لامپ های شیشه ای مهر و موم شده گشت.سر ویلیام کروکس، دانشمند نامتعارف انگلیسی، نیز از این جمله بود که در دهه 1870 گمان می کرد می تواند با مردگان ارتباط برقرار کند. او را بیشتر به خاطر لامپ کروکس می شناسیم که لامپ شیشه ای مهر و موم شده حاوی گاز بسیار کم فشاری است که الکترودهایی در نزدیکی دو انتهای آن قرار دارند(طلایه دار تابلوهای نئون امروزی).وقتی الکترودها به منبع ولتاژی (مانند یک باتری) متصل می شدند، گاز تابان می شد.گازهای گوناگون به رنگ های مختلف تابان می شدند.آزمایش های انجام شده در لامپ های حاوی شیارها و صفحه های فلزی نشان داد نوعی پرتو که از پایانه منفی(کاتد) لامپ سرچشمه می گیردسبب تابان شدن گاز می گردد.شیارها پرتو را باریک می شاختند و صفحه ها مانع از رسیدن پرتوها به پایانه مثبت(آند) می شدند. این دستگاه را لامپ پرتو کاتدی نامیدند.وقتی بارهای الکتریکی را به لامپ نزدیک می کردند، پرتو منحرف می شد.حضور آهنربا سبب انحراف این پرتو می شد. این یافته ها نشان داد که پرتو از بارهای منفی تشکیل شده است. در سال 1897، جوزف جان تامسون فیزیک دان انگلیسی(جی.جی تامسون) نشان داد که پرتوهای کاتدی در واقع از ذرات یکسان کوچکتر و سبک تر از اتم تشکیل شده اند.او باریکه های نازکی از پرتوهای کاتدی تولید کرد و انحراف آنها را در میدان های الکتریکی و مغناطیسی اندازه گرفت.تامسون استدلال کرد مقدار انحراف باریکه ها به جرم و بار الکتریکی ذرات تشکیل دهنده اش بستگی دارد.بدین صورت که هر چه بار ذره بیشتر باشد، لختی آن زیادتر و انحرافش کمتر می شود.هرچه بار ذره بیشتر باشد، نیروی وارد بر آن زیادتر و انحرافش کمتر می شود.هرچه سرعت آن بیشتر باشد، انحرافش کمتر می شود.تامسون با اندازه گیری های دقیق انحراف باریکه موفق شد نسبت بار به جرم ذرات پرتو کاتدی را، که اندکی بعد آن را الکترون نامید،محاسبه کند.تمام الکترون ها یکسان اند؛ آنها رونوشت یکدیگرند.جایزه نوبل فیزیک سال 1906 را جی.جی تامسون برای اثبات وجود الکترون دریافت کرد.
نفر بعدی که بررسی ویژگی های الکترون پرداخت رابرت میلیکان فیزیک دان آمریکایی بود.او مقدار عددی یک واحد بار الکتریکی را بر مبنای آزمایشی محاسبه کرد که در سال 1909 انجام داد.در این آزمایش میلیکان قطره های بسیار ریز روغن را به داخل اتاقکی افشاند که بین صفحه های دارای بار الکتریکی- یعنی در یک میدان الکتریکی- قرار گرفته بود.وقتی میدان الکتریکی قوی بود برخی قطره های ریز به طرف بالا حرکت می کردند که نشان می داد حامل مقدار بسیار کمی بار منفی هستند.میلیکان، میدان را طوری تنظیم کرد که قطره های ریز معلق بی حرکت شدند.او می دانست که در این حالت نیروی پایین سوی گرانی وارد بر قطره ریز درست با نیروی بالاسوی الکتریکی متوازن می شود.تحقیقات نشان داد که بار هر قطره همواره مضرب درستی از مقدار بسیار کوچکی است که او آن را واحد بنیادی بار هر الکترون در نظر گرفت. با استفاده از این مقدار و نسبتی که تامسون کشف کرده بود، میلیکان نسبت جرم الکترون را حدود1/2000 جرم سبک ترین اتم شناخته شده،هیدروژن، به دست آورد.این موضوع ثابت کرد که اتم دیگر سبک ترین ذره ماده نیست. برای این کار میلیکان جایزه نوبل فیزیک سال 1923 را دریافت کرد. اگر اتم ها حاوی الکترون های دارای بار منفی بودند، پس منطقی این بود که ماده دارای بار مثبت متوازن کننده ای هم داشته باشند.جی.جی تامسون چیزی را مطرح کرد که آن را مدل"کیک کشمشی " اتم نامید و در ان الکترون ها مانند کشمش در دریایی از کیک دارای بارمثبت شناور بودند.آزمایش های رادرفورد و آزمایش با ورقه طلا،نشان داد که این مدل غلط است.
الکترون در مدل اتمی بور
در سال 1913،بور با استفاده از نظریه کوانتومی پلانک و انشتین در مورد اتم هسته دار رادرفورد،مدل سیاره ای اتم را تدوین کرد. او استدلال کرد که الکترون ها حالت های مانایی(با انرژی،و نه با مکان معین) را در فاصله های مختلف از هسته اشغال می کنند و می توانند با پرش های کوانتومی (از حالت با انرژی بیشتر به حالت با انرژی کمتر) صورت گیرد. به علاوه متوجه شد که بسامد تابش گسیل شده از رابطه E=hf (در واقع f=E/h) به دست می آید که در آنE اختلاف انرژی الکترون در مدارهای مختلف است.این تحولی مهم بود زیرا نشان می داد که بسامد فوتون گسیل شده،بسامد کلاسیک ارتعاش الکترون نیست، بلکه مقدار آن را اختلاف تراز های انرژی در اتم تعیین می کند.بدین ترتیب بور توانست گام بعدی را بردارد و انرژی تک تک مدارها را مشخص کندمدل سیاره ای بور پرسش مهمی را مطرح می کرد.با توجه به نظریه ماکسول، الکترون های شتاب دار انرژی را به صورت امواج الکترومغناطیسی تابش می کردند.بنابراین،الکترونی که در حرکت شتاب دار به دور هسته بود باید مدام انرژی تابش می کرداین تابش انرژی باید باعث حرکت مارپیچی الکترون به طرف هسته می شد تا در نهایت بر روی هسته سقوط کند. بور در اقدامی جسورانه با بیان اینکه الکترون هنگام حرکت در یک مدار به دور هسته نور تابش نمی کند، بلکه تابش نور در گذار الکترون از تراز با انرژی بالاتر به تراز با انرژی پایین تر صورت می گیرد، از فیزیک کلاسیک منحرف شد.انرژی فوتون گسیل شده برابر اختلاف انرژی بین دو تراز انرژی است، E=hf. رنگ نور به اندازه پرش بستگی دارد.بنابراین، کوانتیده کردن انرژی نور تقریبا نظیر کوانتیده کردن انرژی الکترون است.
مکانیک کوانتومی
در سال ۱۹۲۴ یک فیزیکدان فرانسوی به نام لوییس دوبروی در مقاله اش با عنوان (تحقیق دربارهٔ نظریهٔ کوانتوم) فرضیه‌ای را مطرح کرد که همهٔ مواد دارای یک موج دوبروی می‌باشند که شبیه نور است. در شرایط مناسب، الکترونها یا مواد دیگر ممکن است از خودشان ویژگی‌های ذرات یا امواج را نشان بدهند. ویژگی‌های ذره‌ای یک ذره هنگامی بروز می‌کنند که در هر لحظه از طول مسیرش از خود یک موقعیت متمرکز در فضا نشان بدهد. طبیعت موجی هنگامی مشاهده می‌شود که مثلاً وقتی یک پرتو نور از میان دو شکاف موازی عبور می‌کند و تشکیل طرح تداخلی می‌دهد. در سال ۱۹۲۷ اثر تداخلی با یک پرتو از الکترونها و با استفاده از یک پرده نازک فلزی توسط یک فیزیکدان انگلیسی به نام جورج پاجت تامسون مشاهده شد و همچنین دو فیزیکدان آمریکایی به نام‌های کلینتون دیویسون و لستر گرمر این اثر را با استفاده از یک بلور نیکل مشاهده کردند.
موفقیت پیش بینی دوبروی منجر به انتشار معادلهٔ شرودینگر توسط اروین شرودینگر در سال ۱۹۲۶ شد که به طور موفقیت آمیزی چگونگی انتشار امواج الکترونی را توصیف می‌کرد. به جای ارائهٔ یک راه حل که مکان الکترون را در طول زمان بیان کند، این معادلهٔ موج می‌تواند برای پیش بینی احتمال یافتن الکترون در نزدیکی یک مکان مورد استفاده قرار گیرد. این دستاورد بعدها مکانیک کوانتومی نامیده شد که یک نتیجهٔ بسیار نزدیک به حالت‌های انرژی یک الکترون در یک اتم هیدروژن فراهم آورد. هنگامی که اسپین و واکنش بین الکترونها در نظر گرفته شدند، مکانیک کوانتومی اجازه داد که تعریف الکترونها در اتم‌های با اعداد اتمی بالاتر از هیدروژن به طور موفقیت آمیزی پیش‌بینی شوند.
در سال ۱۹۲۸ پاؤل دیراک بر مبنای کار ولفگانگ پاؤلی یک مدل از الکترون به نام معادلهٔ دیراک ارائه داد که با نظریه نسبیت سازگار بود و آن را با اعمال فرض‌های نسبیتی و متناسب با فرمولبندی همیلتونی میدان الکترومغناطیسی در مکانیک کوانتومی مطرح کرد. در سال ۱۹۳۰ دیراک به منظور رفع برخی اشکالات موجود در معادلهٔ نسبیتی اش، یک مدل از خلأ به عنوان یک دریای نامتناهی از ذرات با انرژی منفی ارائه داد که دریای دیراک نامیده شد. این موضوع منجر شد که او وجود پوزیترون را که پادماده ای دربرابر الکترون است، پیش بینی کند. این ذره در سال ۱۹۳۲ توسط کارل اندرسون کشف شد و پیشنهاد داد که الکترونهای استاندارد نگاترون نامیده شوند و الکترون به عنوان یک عبارت عمومی بکار برده شود که هر دو نوع گونه‌های باردار مثبت و منفی را توصیف می‌کند. امروزه هنوز عبارت نگاترون به ندرت استفاده می‌شود و شاید گاهی بصورت نگاتون کوتاه شود.
در سال ۱۹۴۷ ویلیس لام به هنگام همکاری با یک دانشجوی فارغ‌التحصیل به نام رابرت رادرفورد، متوجه شد که حالت‌های کوانتومی معینی از اتم هیدروژن که باید انرژی‌های یکسانی داشته باشند نسبت به یکدیگر تغییر می‌کنند که این تفاوت با نام تمایل لام شناخته می‌شود. تقریباً در همان زمان پولیکارپ کوش هنگام کار با هنری فولی، کشف کرد که گشتاور مغناطیسی الکترون کمی بیشتر از آن چیزی است که توسط نظریه دیراک پیش‌بینی شده‌است. این تفاوت کوچک بعدها گشتاور دوقطبی مغناطیسی بهنجار الکترون نامیده شد. برای حل این گونه مسائل یک تئوری تصحیح شده در اواخر دههٔ ۱۹۴۰ به نام الکترودینامیک کوانتومی منتشر شد که به وسیلهٔ سین ایتیرو توموناگا، جولیان شوینگر و ریچارد فاینمن ارائه شده بود.
در مکانیک کوانتومی رفتار یک الکترون در یک اتم به وسیلهٔ یک اوربیتال توصیف می‌شود که به جای مدار یک توزیع احتمال است. در تصویر بالا سایه نشان دهندهٔ احتمال وابسته به پیداکردن الکترون است، که دارای انرژی ای است که به اعداد کوانتومی داده شده در آن نقطه وابسته‌است.
شتاب دهنده‌های ذرات
با توسعهٔ شتاب دهندهٔ ذره‌ای در طول نیمهٔ اول قرن بیستم، فیزیکدان‌ها شروع به کاوش بیشتری در ذرات زیر اتمی کردند. اولین تلاش موفقیت آمیز برای شتاب دادن به الکترونها با استفاده از القای الکترومغناطیسی را دونالد کرست در سال ۱۹۴۲ انجام داد. بتاترون اولیه او به انرژی ۲٫۳ MeV رسید اما بعدها بتاترون‌ها به انرژی ۳۰۰ MeV دست یافتند. در سال ۱۹۴۷ تابش سینکروترون با استفاده از یک سینکروترون الکترونی ۷۰ MeV و در شرکت جنرال الکتریک کشف شد. این تابش به دلیل شتاب الکترونها با سرعتی نزدیک به سرعت نور و از میان یک میدان مغناطیسی به وجود آمد.
اولین برخورد دهنده ی ذرات با انرژی بالا آدون نام داشت که دارای یک پرتو با انرژی ۱٫۵ GeV بود و در سال ۱۹۶۸ شروع به کار کرد. این وسیله الکترونها و پوزیترون‌ها را در جهت مخالف شتاب می‌داد، که به طور مؤثری انرژی حاصل از برخورد آنها را در مقایسه با برخورد یک الکترون با یک هدف ساکن دوبرابر می‌کرد. شتاب دهندهٔ بزرگ الکترون-پوزیترون (LEP) در سرن که از سال ۱۹۸۹ تا ۲۰۰۰ در حال کار بود توانست به انرژی برخورد GeV ۲۰۹ دست یابد که یک معیار مهم برای مدل استاندارد فیزیک ذرات بود.
ویژگی‌ها
طبقه بندی
در مدل استاندارد فیزیک ذرات، الکترونها به گروهی از ذرات زیر اتمی به نام لپتون‌ها تعلق دارند که ذرات بنیادی یا اولیه در نظر گرفته می‌شوند. الکترونها دارای کمترین مقدار جرم در میان لپتون‌های باردار هستند (و یا هر نوع ذره دارای بار الکتریکی) و متعلق به اولین نسل ذرات بنیادی هستند. دومین و سومین نسل لپتون‌های باردار میوئون و تاو هستند که از نظر بار، اسپین و بر هم کنش با الکترونها یکسان بوده ولی دارای جرم بیشتری می‌باشند. لپتون‌ها از نظر نداشتن برهم کنش قوی با جزء دیگر تشکیل دهندهٔ ماده به نام کوارک تفاوت دارند. همهٔ اعضای گروه لپتون‌ها فرمیون هستند زیرا همگی آنها دارای اسپینی برابر نصف عدد صحیح واحد می‌باشند و الکترون دارای اسپین ½ است.
سیر تحولی و رشد
در نظریه‌های دالتون و نیز در نظریه‌های یونانیان، اتمها کوچک‌ترین اجزای ممکن ماده بودند. اما در اواخر سده نوزدهم کم‌کم معلوم شد که اتم خود از ذراتی کوچکتر تشکیل یافته‌است. این تغییر دیدگاه، نتیجهٔ آزمایش‌هایی بود که با الکتریسیته به عمل آمد. در ۱۸۰۷ - ۱۸۰۸ شیمیدان انگلیسی همفری دیوی با تجزیه مواد مرکب توسط الکتریسیته، پنج عنصر پتاسیم، سدیم، کلسیم، استرانسیم و باریم را کشف کرد و دیوی با این کار به این نتیجه رسید که عناصر با جاذبه‌هایی که ماهیتا الکتریکی هستند بهم وصل می‌شوند.
در سال ۱۸۳۳ - ۱۸۳۲ مایکل فارادی مجموعه آزمایش‌های مهمی در زمینه برقکافت شیمیایی انجام داد. در فرآیند برقکافت، مواد مرکب به‌وسیله الکتریسیته تجزیه می‌شوند. فارادی رابطه بین مقدار الکتریسیته مصرف شده و مقدار ماده مرکب تجزیه شده را بررسی کرد و فرمول قوانین برقکافت را بدست آورد. بر مبنای کار فارادی، جرج جانستون استونی در سال ۱۸۷۴ به طرح این مسأله پرداخت که: واحدهای بار الکتریکی با اتمها پیوستگی دارند. او در سال ۱۸۹۱ این واحد را الکترون نامید.
در سال‌های پایانی سده نوزدهم میلادی بیشتر فیزیکدانان ب
