电子（electron）结构新解

电子静止质量为9.109×10^-31kg、电荷为-1.602×10^-19C的稳定基本粒子,电子半径一般认为9.088×10^-13m。在一般情况下，电子是指带负电荷的负电子，其反粒子是带正电荷的正电子。

1.电现象、电子的发现及近代研究

1895年，让·佩兰发现阴极射线能够使真空管中的金属物体带上负电荷。 1897年，剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆逊重做了赫兹的实验。他使用真空度更高的真空管和更强的电场，观察到了阴极射线的偏转，并计算出了阴极射线粒子（电子）的电荷/质量比例。他因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来命名这种粒子。至此，电子作为人类打开原子世界大门的第一个亚原子粒子被汤姆孙发现了。

1896年，法国物理学家亨利·贝克勒尔在研究天然发萤光矿石的时候，他发现，不需要施加外能源，这些矿石会自然地发生辐射。

放射性物质的发现引起许多科学家的兴趣。新西兰物理学家欧尼斯特·卢瑟福发现放射性物质发射粒子，他按照这些粒子穿透物质的能力，分别取名为α粒子和β粒子。1900 年，贝克勒尔发现，镭元素发射出的β射线会被电场偏转，并且β射线和阴极射线有同样的荷质比。这些证据使得物理学家更强烈地认为电子本来是原子的一部分，β射线就是阴极射线。

1909年美国物理学家罗伯特·密立根做了一个著名的油滴实验，准确地测量出了电子的带电量。

2.电子的量子力学观

1927年，英国物理学家乔治·汤姆孙用金属薄膜，美国物理学家克林顿·戴维孙和雷斯特·革末用镍晶体，分别发现了电子的干涉效应。

1928年，保罗·狄拉克创建了狄拉克方程。这公式能够描述相对论性电子的物理行为。按照相对论，电子是移动的速度接近光速的电子。为了要解释狄拉克方程的自由电子解所遇到的反常的负能量态问题，狄拉克提出了一个真空模形，称为“狄拉克之海”。其意义是：真空是挤满了具有负能量的粒子的无限海。因此，他预言宇宙中存在有正电子。

1932年，卡尔·安德森在研究宇宙射线的实验中首次证实了正电子的存在。 1947 年，威利斯·兰姆在与研究生罗伯特·雷瑟福合作的实验中，发现氢原子的某些不应该有的能量差值的简并态，竟然出现很小的能量差值。这一现象被称为兰姆位移。

后来，波利卡普·库施和亨利·福立共同完成了一个实验，他们发现了电子的异常磁矩，即电子的磁矩比狄拉克理论预言稍大一点。为了解释这类现象，朝永振一郎、朱利安·施温格和理察德·费曼，于40 年代创建了量子电动力学。

3.分数电荷的发现

100多年前，当美国物理学家罗伯特·密立根首次通过实验测出电子所带的电荷量为1.602^-19 C之后，它被看作是电荷的基本单元。

然而，按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，会使我们对电子在某些物理情境下的行为感到极端困惑。比如，当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。为了解决这一难题，1980年美国物理学家Robert Laughlin提出一个新的理论观点，非常简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论却要让物理学付出“代价”。该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。

在一项新的实验中，Weizmann机构的科学家设计了精妙的方法去检验非整电子电荷是否存在。该实验将能够很好地检测出所谓的“撞击背景噪声”，它是分数电荷存在的直接证据。科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来；他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大了分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，从而证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。

 4.电子结构新解带来的新理解

 电子分数电荷的发现，说明电子并非自然界基本的粒子，而是它由更“基本”的亚原子粒子组成。

自然界存在两种电荷：负电荷和正电荷。假设一份电荷的电量是

 e =1.602×10^-19C

自然界存在正反两类中微子，如同物质分子的气态、液态、固态一样，中微子有不同的能态，分为电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种，分别以v_e、ν_μ、ν_τ表示，相对应的反粒子是-v_e、-ν_μ、-ν_τ。于是我们可以把电子看成是由中微子构成的，这样就能够建立电子结构的新模型，并用于解释质子、中子的亚粒子夸克。