Elektron

Dieser Artikel befasst sich mit dem Elementarteilchen Elektron, andere Bedeutungen unter Elektron (Begriffsklärung)

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Elektronen sind Elementarteilchen und gehören zu den Leptonen und Fermionen, ihr Symbol ist e^-. Sie bilden die Elektronenhülle der Atome. Ihre Antiteilchen sind die Positronen, Symbol e⁺, mit denen sie bis auf ihre elektrische Ladung in allen Eigenschaften übereinstimmen. Der experimentelle Nachweis von Elektronen gelang erstmals im Jahre 1897, durch Joseph John Thomson.

Der Name kommt vom griechischen Wort elektron und bedeutet Bernstein, denn an ihm wurde die Elektrizität erstmals beobachtet. Reibt man Bernstein beispielsweise mit einem Katzenfell, so lädt es sich elektrisch auf.

Daten des Elektrons (nach CODATA)

Ladung	-e = -1,602 176 462(63)·10-19 C
Ruhemasse	5,485 799 110(12)·10-4 u = 9,109 381 88(72)·10-31 kg
Ruheenergie	0,510 998 902(21) MeV = 8,187 104 14(64)·10-14 J
magnetisches Moment	-928,476 362(37)·10-26 J T-1
Spin	1/2
g-Faktor	2.002 319 304 3718(75)
Lebensdauer	stabil

Diese Größen werden durch das magnetische Moment des Elektronenspins miteinander verknüpft:

${\vec {\mu _{s}}}=-g_{s}{\frac {e}{2m_{e}}}{\vec {s}}$.

Dabei ist ${\vec {\mu _{s}}}$ das magnetische Moment des Elektronenspins, $m_{e}$ die Ruhemasse des Elektrons, $e$ seine Ladung und ${\vec {s}}$ sein Spin-Vektor. $g_{s}$ heisst Landé- oder g-Faktor oder gyromagnetisches Verhältnis. Für das Elektron ist nach der Dirac-Gleichung der theoretische Wert für $g_{s}=2$. Effekte der Quantenelektrodynamik bewirken jedoch eine Vergrößerung des Wertes $g_{s}=2$.

Elektronen bilden mit Protonen und Neutronen die Atome. Während die beiden letztgenannten Teilchen den Kern bilden, befinden sich die Elektronen in der Atomhülle. Elektronen sind sehr viel leichter als das Proton und das Neutron, etwa um den Faktor 1800.

Durch ein elektrisches Feld werden Elektronen in Feldrichtung beschleunigt oder abgebremst. Durch Magnetfelder werden Elektronen senkrecht zur Feldrichtung abgelenkt.

Die Masse eines ruhenden Elektrons ist immer gleich. Bei bewegten Elektronen muss die Massenzunahme der Relativitätstheorie berücksichtigt werden. An Elektronen kann diese Massenzunahme gut beobachtet werden, da sie sich leicht aufgrund ihrer Ladung auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen lassen. Die Masse kann dann durch Ablenkung in einem Magnetfeld bestimmt werden.

Die Größe eines Elektrons läßt sich durch Messung des Wirkungsquerschnitts ermitteln. Streut man Röntgenstrahlen an Elektronen, so erhält man eine Größenordnung von etwa 3·10^-15 m. Dies entspricht auch dem theoretischen Wert, wenn man folgende Annahmen macht:

1. Elektronen sind kugelförmig, sie bilden einen Kugelkondensator
2. Die Ladung ist an der Oberfläche verteilt
3. Die potentielle Energie der Ladung entspricht der Ruheenergie m_ec².

Bei anderen Annahmen, z. B. gleichmäßige Ladungsverteilung, kommt man zu ähnlichen Werten. Die Experimente sind für eine Entscheidung nicht genau genug.

Streut man Elektronen an anderen Elektronen, so ist kein Wirkungsquerschnitt messbar. Elektronen verhalten sich dann wie Punktteilchen.

Web-Links

• Tabellenwerte von http://physics.nist.gov/constants