Elektron, elementærpartikkel som forekommer i alt stoff og er bærer av den negative elektrisitet i stoffet.

Elektronet har masse me = 9,1091 · 10−31 kg (tall på standardform), omtrent 1/1837 av hydrogenatomets masse, og er den letteste elektrisk ladede partikkel man kjenner. Ladningen er −1,60219·10−19 coulomb. Størrelsen av denne ladningen e = 1,60219·10−19 coulomb kalles elementærladningen, fordi alle ladninger som opptrer i naturen, positive som negative, er lik e multiplisert med et helt positivt eller negativt tall. I naturen finnes det riktignok partikler med ladning −1/3 og 2/3 av e, de såkalte kvarkene, som f.eks. protonet og nøytronet er bygd opp av. Men kvarkene kan ikke forekomme som frie partikler.

Ved konvensjon er elektronets ladning tilfeldigvis blitt kalt negativ, noe som på mange måter virker uheldig da de fleste elektriske fenomener skyldes bevegelse av elektroner. Således svarer et elektronoverskudd i et legeme til at det er negativt ladet, og en elektrisk strøm skyldes elektroner som beveger seg mot strømretningen. Å forandre den konvensjonelle betegnelse vil være forbundet med så mange praktiske vanskeligheter at det må ansees som umulig.

Elektronet er en stabil partikkel som inngår i alt vanlig stoff. Elektronskyen omkring atomkjernen fyller det vesentlige av atomet idet kjernens volum bare er ca. 10–12 av hele atomets. Elektronskyen bestemmer stoffenes kjemiske, og i alt vesentlig også deres fysiske egenskaper. Kjennskap til et stoffs struktur vil derfor si kjennskap til elektrontilstandene i stoffet, og forståelsen av elektronets natur har vært av enorm betydning for den elektroniske og elektrotekniske utvikling i den siste generasjon.

Antakelsen om en minste elektrisk ladning, et elektrisitetsatom, kan føres tilbake til M. Faraday. Etter hans lover for elektrolyse vil det alltid være et bestemt forhold mellom det antall mol som utskilles og den strøm som har gått gjennom elektrolytten. Dette svarer til at hvert molekyl eller atom fører med seg en bestemt ladningsmengde som er den samme for alle molekyler. G. J. Stoney innførte 1891 betegnelsen elektron på den elektrisitetsmengde som ble båret av et enverdig atom i en elektrolytt. 1895 fremsatte H. A. Lorentz en teori, hvor han brukte betegnelsen elektron på kildene for de elektriske kraftlinjer i et elektromagnetisk felt. 

I forsøk med gassutladninger hadde man tidligere påvist katodestrålene som bærere av negativ ladning, og 1897 lyktes det J. J. Thomson å bestemme forholdet e/m (m er masse) for disse ladningsbærerne, som han kalte strålekorpuskler. I de følgende år viste man at det også i en rekke andre prosesser: termionisk emisjon, fotoelektrisk effekt, radioaktivitet, ble sendt ut negative partikler med omtrent samme verdi for forholdet e/m. Man gikk derfor ut fra at det var samme slags partikler som gjorde seg gjeldende i alle disse fenomenene og kalte dem for elektroner.

En meget nøyaktig bestemmelse av elektronets ladning ble gjort av R. Millikan 1909. Hans oljedråpeforsøk gav en verdi for ladningen som gjennom 20 år ble ansett som den mest nøyaktige. En forskjell i forholdet e/m for partikler med forskjellig energi fikk sin naturlige forklaring i A. Einsteins relativitetsteori, der det er vist at massen av en partikkel øker med økende energi.

Opprinnelig forestilte man seg elektronet som en skarpt avgrenset kule med en jevn ladningsfordeling, og man kunne av verdiene for e og m bestemme radien for en slik kule, den klassiske elektronradius = 2,8·10−15 meter eller omtrent 1/10 000 av atomets radius. Denne forestillingen om elektronet, sammen med E. Rutherfords oppdagelse av atomkjernen dannet grunnlag for Bohrs atommodell (1913).

I 1925 forklarte G. Uhlenbeck og S. Goudsmit visse forhold i atomspektrenes finstruktur ved å anta at elektronet hadde et spinn eller en egenrotasjon, og som følge av dette også et magnetisk moment. Spinnet var ½ℏ (ℏ, Plancks konstant dividert med 2π), men det magnetiske moment viste seg å være dobbelt så stort som denne verdien tilsa ut fra klassiske betraktninger. Etter at L. de Broglie 1924 hadde fremsatt sin teori om materiebølger, viste C. J. Davisson og Germer (1927) at elektronet hadde bølgenatur.

Året etter fremsatte P. Dirac en helt ny teori, den relativistiske bølgeligning, for beskrivelsen av elektronet. Det klassiske bildet, en ladd kule, ble forlatt. Isteden beskrives elektronet ved en bølgefunksjon som angir sannsynligheten for å finne det på et bestemt sted med et bestemt spinn. I motsetning til de teorier man tidligere hadde for elektronbevegelsen i et atom, gir Dirac sin teori en brukbar beskrivelse også når elektronet beveger seg med store (relativistiske) hastigheter. Teorien gir også en tilfredsstillende beskrivelse av egenskaper som spinn og magnetisk moment, mens ladning og masse blir betraktet som eksperimentelt fastlagte størrelser. Dirac sin likning har løsninger med både positiv og negativ energi. Løsningene for negativ energi var problematiske, men man fant at disse løsningene kunne omtolkes på en slik måte at de var relatert til elektronets antipartikkel, positronet.

C. D. Anderson påviste 1932 eksperimentelt eksistensen av slike positive elektroner, positroner, noe som sterkt støttet Dirac sin teori. Også de kjente former for dannelse og tilintetgjørelse av elektron–positron-par, pardannelse og annihilasjon, er i overensstemmelse med Diracs teori. I elementærpartikkelfysikken brukes nå Diracs ligning til å beskrive alle fundamentale fermioner.

Som oftest brukes elektron som betegnelse på de negative partiklene, men til dels også som fellesbetegnelse på disse og positronene. Også betegnelsene negaton og positon har vært brukt. Elektronet hører hjemme i en gruppe av elementærpartikler som kalles leptoner (se også elementærpartikkel).

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål til artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.