¿Cómo obtener una carga de electrones?

Question

Los electrones pertenecen a un grupo de partículas elementales llamadas leptones. Hay cargadas y neutras leptones. Y el electrón es la cargada. Pero, ¿cómo llegó a cobrar?

La negativa o positiva cargos fueron asignados por la convención. Pero es un hecho que los electrones están cargados. Mi pregunta es ¿por qué los electrones? y no neutrones?

También durante la lectura http://en.wikipedia.org/wiki/Electronvi que "Independiente de los electrones se mueven en el vacío se denominan electrones libres. Los electrones en los metales también se comportan como si fueran libres. En realidad, las partículas que se llama comúnmente los electrones en los metales y otros sólidos son cuasi electrones, quasiparticles, que tienen la misma carga eléctrica, el giro, y el momento magnético como real electrones pero tienen diferente masa ( o masa Efectiva - la masa adicional de que una partícula parece tener, mientras que la interacción con un poco de fuerza )."

¿Qué significa esto?

Answer 1

Tu pregunta toca la cuestión de la ontología en la física de partículas. Históricamente estamos acostumbrados a pensar en partículas tan pequeñas entidades independientes que se comportan de acuerdo a algunas de las leyes de movimiento. Esto se deriva de la teoría atomista de la materia, el cual fue desarrollado hace unos dos mil años desde el punto de partida de lo que pasaría si pudiéramos dividir la materia en pequeñas partes. Los antiguos Griegos llegaron a la conclusión de que tenía que haber un límite a la división, por lo tanto el átomo de hipótesis nació.

Esto fue sólo una idea filosófica, por supuesto, hasta que, alrededor del comienzo del siglo 19 que hemos aprendido a hacer de la química tan bien que se hizo evidente que los pequeños trozos que la materia puede ser dividida en la que parecía ser la de los átomos de la tabla periódica. Cien años más tarde nos dimos cuenta de que los átomos se pueden dividir aún más en los núcleos y los electrones. Lo que no cambió fue la idea de que cada parte tenía su propia existencia independiente.

Esta idea se ejecutó en una profunda crisis durante el siglo 20 cuando descubrimos los primeros efectos de la mecánica cuántica. Resulta que los átomos y los núcleos y los electrones no, en absoluto, se comportan como realmente pequeños trozos de materia ordinaria. En su lugar, se están comportando de manera radicalmente diferente, tan diferente, de hecho, que la imaginación humana tiene un momento difícil mantenerse al día con sus propiedades dinámicas.

Por un tiempo estuvimos en un limbo en cuanto a la descripción de la naturaleza a escala microscópica. Parecía que podía aferrarse a algún tipo de "poco raro de billar bola con la masa, la carga, el giro, etc. "propiedades del tipo de la teoría de los electrones, pero a medida que pasaba el tiempo, esto se convirtió en cada vez más desesperada. Con el tiempo hemos descubierto la teoría cuántica de campos, el cual elimina la partícula descripción completamente, y con que todos los problemas ontológicos del siglo pasado han desaparecido.

Así que ¿cuál es la nueva forma de describir la naturaleza? Es un campo de descripción, lo que supone que el universo está impregnado de UN campo cuántico (se puede dividir en varios componentes, si te gusta). Este campo cuántico tiene propiedades locales que se describen por los números cuánticos como de carga. Este campo cuántico está sujeto a un mecánico-cuántica de la ecuación de la moción en la que se asegura que algunas propiedades como la carga, vuelta, momento angular, etc. sólo se puede cambiar en entero (o la mitad entero) cantidades (en caso de carga es, en realidad, en cantidades de 1/3 y 2/3, pero eso es un artefacto histórico). Por otra parte, este campo obedece a las reglas de la simetría que deja el total de la suma de algunas de estas cantidades sin cambios o casi sin cambios. Cargos en particular, sólo se pueden crear en este campo en los pares que la carga total permanece en cero.

Así que ahora podemos responder a su pregunta en el idioma del campo cuántico: el electrón recibe su carga por el campo que permite crear un positivo estado de la carga y una carga negativa del estado, al mismo tiempo, dejando su carga total cero. Este proceso toma un poco de energía, en caso de que el par electrón-positrón un poco más de 1MeV. Todos los otros bienes que se necesita únicamente para caracterizar un electrón se crea en una forma similar y en el mismo tiempo. La partícula elemental, el zoológico es por lo tanto nada pero la lista de posibles combinaciones de números cuánticos del campo cuántico. Si no está en la lista, la naturaleza no lo va a hacer (al menos no en la forma de un real de las partículas del estado). Nuestra lista es, por supuesto, en el mejor de los parciales. Hay un montón de razones para creer que existen combinaciones de números cuánticos que no han observado, sin embargo,, pero que todavía están permitidos.

Answer 2

Mala respuesta a la segunda parte de su pregunta sobre la masa efectiva y quasiparticles, ya que veo que CuriousOne ha contestado el resto mejor de lo que yo podría tener.

En un metal o un semiconductor, los electrones es no en el mismo estado libre sería en un vacío. Está enlazado a (aunque deslocalizados dentro) de una red de iones positivos. Por lo que su dispersión relación es diferente de la dispersión de la relación que tendría si se en el espacio libre.

No obstante, puede mover casi libremente dentro de la red, por lo tanto, sobre las escalas de longitud que son largos en comparación con el entramado período y siempre que no estamos demasiado cerca de los bordes de la red, su respuesta a campos eléctricos y magnéticos es muy parecido a lo que sería el mismo campo en el espacio libre, pero, debido a que existe una diferente relación de dispersión debido a la celosía de la presencia, se comporta como si se tiene una muy diferente masa efectiva (es decir, su aceleración en la presencia de campos eléctricos es $q\,\vec{E}/m_{eff}$ y que en presencia de campos magnéticos es $q\,\vec{v}\times \vec{B}/m_{eff}$), donde $m_{eff}$ es diferente de la de los electrones del freespace resto de la masa. Dependiendo de la estructura de bandas, la masa efectiva incluso puede llegar a ser negativo (es decir, de responder a campos electromagnéticos en el sentido opuesto a la normalidad). Esta palabra "masa efectiva" aquí caracteriza a los electrones de la respuesta a los campos; no es que el resto de la masa que caracteriza a los electrones de baja velocidad en el contenido de energía (es decir, no es la $m$$E^2-p^2 c^2 = m^2 c^4$).

Yo no soy un semiconductor / electron especialista, pero la palabra "quasiparticle" se utiliza en dos formas diferentes de la que soy consciente. La primera surge cuando se cuantiza la teoría de las vibraciones acústicas, y el fonón es esta cuantizado mecánica teoría de la celosía de las vibraciones de lo que el fotón es el campo electromagnético cuantizado ("vibración"). El segundo uso es probablemente más relevante para el electrón en una celosía, y se refiere a "partículas" que cuántica son superposiciones de algunos fundamentales de la partícula libre y un estado que está obligado a, absorbida por interactivas o con algo. Esto tendría sentido en este contexto de la electrónica en la red. En los materiales dieléctricos o de plasma o de otros materiales, por ejemplo, uno no tiene pura fotones y la luz pura, de un lugar ha cuántica superposiciones de libre fotones y emocionado dieléctrico asunto estados. Por lo tanto, es más correcto llamar a la cuantía de esta perturbación "quasiparticle", y en el caso de los fotones, uno lo llama diversamente un polaritones, exiton o plasmones, dependiendo de la naturaleza de los estados cuánticos en superposición con la libertad de los fotones.