電子靜止質量是物理學的一個基本常數，正電子的靜止質量等於電子的靜止質量，其符號表示為me，數值大小為9.109 38215(45)×10-31 kg。
基本介紹
- 中文名：電子靜止質量
- 外文名：electronrest mass
- 性質：物理學的一個基本常數
- 所屬學科：物理
- 數值大小：9.109 38215(45)×10^(-31)kg
基本介紹,起源,相關概念,質元,康普頓效應,質心繫和閾能,
基本介紹
電子〔靜〕質量是電子靜止狀態時所具有的質量，符號為me。原子物理學和核物理學的量。SI單位：kg(千克)。並用的非SI單位：u(原子質量單位)。1 u=(1.660 540 2±0.000 001 0)×10-27 kg。me=9.109 389 7±0.000 005 4)×10-31 kg=(5. 485 799 03±0.000 000 13)×10-4u。
“電子靜止質量”在不同場所都有出現。“電子靜止質量”與電荷一起構建了最重要的基本粒子電子；“電子靜止質量”與電荷共同約定了電子的有效尺寸——電子等效直徑d；兩個“電子靜止質量”之間的萬有引力與兩個電荷之間的靜電力，於相同力學條件下的力度比D，是最重要的物理常數之一；“電子靜止質量”還可以整裝地從正能態變成負能態，成為狄拉克海中的負能態電子的基本成分。以上陳述說明，“電子靜止質量”是一個特殊意義的質量集團。我們暫且不去考慮它是不是最小的質量體，我們只在承認和利用“電子靜止質量”的穩定的質量恆值狀態，以及與這個質量恆值相關的幾個有意義的力學常數：比如電子體積v，亦為“電子靜止質量”的體積常數；比如質心相距為d時的兩個“電子靜止質量”間的萬有引力
，也是一個特殊意義的常數等。把“電子靜止質量”想像為一種特定的質量單元，同靜電的單元“電荷”相對仗，就是“質元”。
起源
人們是從認識電子開始而知道原子核的，我們平常所用的電也來自於這種微小粒子的快速流動。科學家是怎么發現電子的呢?這一切又緣於陰極射線。
19世紀後，科學家們對電有了更多的認識，開始從事與氣體放電現象有關的實驗研究。1867年，德國科學家希托夫發現，如果將金屬薄片放在真空放電管的陰極和產生螢光的管壁之間，有清晰的陰影產生，說明產生螢光的是一種起源於陰極、沿直線前進的射線，而且它能被磁鐵偏轉，說明帶有電荷，人們稱此為“陰極射線”。
這一現象引起英國科學家湯姆遜的濃厚興趣。1897年，湯姆遜根據陰極射線在電場和磁場作用下的偏轉，判定這是一種帶電荷的粒子流，又用實驗測定出這些粒子的電荷與其質量的比率為氫離子的千分之一。
後來，英國科學家克魯克斯發明一種新的高真空度氣體放電管，通上高壓電後，陰極發射出強烈的螢光，照射在陰極對面的玻璃壁上，如果在陰極和玻璃壁之間放置一個小葉輪，輪葉就會開始轉動，說明這種射線具有熱效應和動量。
圖1 克魯克斯當時人們唯一知道的帶電粒子是原子的負離子，但陰極射線粒子不可能是這種負離子，因為它受電磁場的偏轉如此強。這隻有兩種可能，要么就是它的質量很小，要么就是它具有非常高的電荷。湯姆遜最終測定出陰極射線粒子的電荷同電解中氫離子所帶的電荷是同一數量級，從而證明了陰極射線粒子的質量確實只是氫離子的千分之一。
湯姆遜還發現，無論是改變放電管中氣體的成分，還是改變陰極材料，陰極射線的粒子都是相同的，而且不論是由於強電場的電離、紫外光的照射、正離子的轟擊、金屬受灼熱還是放射性物質的自發輻射，都發射出相同的帶電粒子，說明這些粒子一定是從金屬原子中被撞擊出來的，因此它必定是組成原子的一種更小的粒子。湯姆遜用令人信服的證據表明，原子並非像人們以往所認為的那樣是物質最終不可分割的基本粒子。湯姆遜當時把它稱作“微粒”，後來改稱“電子”。
這種觀念在當時令人震驚，但其後越來越多的實驗發現證實了這一點。在1909年，美國物理學家密立根通過油滴實驗，精確地測定出微小油滴上所帶的電子電荷值，再次證明了電荷的不連續性和電子的存在。這些發現將人們進一步帶人到原子世界的內部。湯姆遜因此獲得1906年諾貝爾物理學獎，密立根獲得1923年諾貝爾物理學獎。
根據實驗測定結果，電子的質量為氫原子質量的1/1837，即9.10×10-28kg。
圖2 密立根相關概念
質元
定義“電子靜止質量”為一個恆定的質量團粒，稱為“質元”Unitmass，其質量用m代表，其占有空間表達為【】，其體積即是電子體積v，其實體表示為【m】。定義負值的“電子靜止質量”亦是一個恆定的質量團粒，稱作“負質元”Negunitmass，用m-代表它的負值質量，其占有空間同樣表達為【】，其體積同為v，其實體表示為【m-】。為了引進無法迴避的新概念術語，介紹了上述幾個漢語和英語的新辭彙。
質元體積就是電子體積，負質元體積又同質元體積一樣，所以v為質元體積、負質元體積以及電子體積的共同表達，電子等效直徑d同樣為質元、負質元、電子三者的一維尺寸的共同表達，也可稱之為“質元等效直徑”。於是有
【】和
都是恆值。顯然，“質元等效直徑”d的意義就是質元體積【】的一維標識，而v則是質元體積【】的三維標識。 是質心相距為d時的任意兩個質元之間的萬有引力，它可以被看成萬有引力作用的一個特定的單位。
電子的二元結構表達為【m e】。如果令符號【+】代表質元實體【m】，電子二元結構的表達形式【+e】，可以更加接近實際的物理圖像——質元包容中心點電荷。
【+】=【m】
【+e】=【m e】
兩個無擾狀態的質元A與B之間給出的最強重力作用配位是，兩個質元球體緊密相切。這時兩球的質心距離最短，恰為d。如圖3所示。這種配位下的兩質元之間的萬有引力大小，恰為一個常數單元
定義 為“質量力量子”或“重力量子”。
圖3兩個質元球mA與mB的球面緊貼的二維示意康普頓效應
在康普頓散射中，被散射的光子的波長大於入射光子波長，波長的改變數為
質心繫和閾能
能量守恆對兩個粒子碰撞時所能發生的核反應或事件加上了一個普遍的限制，例如，一個高能光子(
射線)，只有當它的能量超過與電子和正電子的靜止質量之和相當的能量時，才能由下列反應產生一個電子-正電子對：
然而，這個反應在自由空間中對於任何能量都是不可能的，因為動量不可能守恆，光子的動量是
。我們選電子-正電子對的質心在其中為靜止的參考系來觀察這個反應，在這個參考系中，電子動量與正電子動量之和為零：
這個反應能在另一粒子——例如一個原子核——的附近進行，因為這時原子核可以吸收動量的改變，原子核通過它的庫侖場對帶電粒子的推和拉，吸收了動量的改變，於是，可能有
原子核的動量由於反應而改變了，但在其他方面，原子核實際上沒有變化，因而它只是起了一種簡單的催化劑作用。原子核的初始動量可以是零。
一個重粒子或原子核是吸收多餘動量而不吸收很多能量的良好媒介物。這一點可以從非相對論性動能的表達式中看出：
