'Welcome to my life"

This is my street bro..

Jumat, 12 November 2010

Fisika

Fisika


Astronut dan bumi mengalami kaidah jatuh bebas akibat gaya gravitasi

Termodinamika Mesin
Fisika (Bahasa Yunani: φυσικός (physikos), "alamiah", dan φύσις (physis), "Alam") adalah sains atau ilmu tentang alam dalam makna yang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materi dalam lingkup ruang dan waktu. Para fisikawan atau ahli fisika mempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidang yang sangat beragam, mulai dari partikel submikroskopis yang membentuk segala materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta sebagai satu kesatuan kosmos.
Beberapa sifat yang dipelajari dalam fisika merupakan sifat yang ada dalam semua sistem materi yang ada, seperti hukum kekekalan energi. Sifat semacam ini sering disebut sebagai hukum fisika. Fisika sering disebut sebagai "ilmu paling mendasar", karena setiap ilmu alam lainnya (biologi, kimia, geologi, dan lain-lain) mempelajari jenis sistem materi tertentu yang mematuhi hukum fisika. Misalnya, kimia adalah ilmu tentang molekul dan zat kimia yang dibentuknya. Sifat suatu zat kimia ditentukan oleh sifat molekul yang membentuknya, yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika seperti mekanika kuantum, termodinamika, dan elektromagnetika.
Fisika juga berkaitan erat dengan matematika. Teori fisika banyak dinyatakan dalam notasi matematis, dan matematika yang digunakan biasanya lebih rumit daripada matematika yang digunakan dalam bidang sains lainnya. Perbedaan antara fisika dan matematika adalah: fisika berkaitan dengan pemerian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material. Namun, perbedaan ini tidak selalu tampak jelas. Ada wilayah luas penelitan yang beririsan antara fisika dan matematika, yakni fisika matematis, yang mengembangkan struktur matematis bagi teori-teori fisika.

Sekilas tentang riset Fisika

Fisika teoretis dan eksperimental

Budaya penelitian fisika berbeda dengan ilmu lainnya karena adanya pemisahan teori dan eksperimen. Sejak abad kedua puluh, kebanyakan fisikawan perseorangan mengkhususkan diri meneliti dalam fisika teoretis atau fisika eksperimental saja, dan pada abad kedua puluh, sedikit saja yang berhasil dalam kedua bidang tersebut. Sebaliknya, hampir semua teoris dalam biologi dan kimia juga merupakan eksperimentalis yang sukses.
Gampangnya, teoris berusaha mengembangkan teori yang dapat menjelaskan hasil eksperimen yang telah dicoba dan dapat memperkirakan hasil eksperimen yang akan datang. Sementara itu, eksperimentalis menyusun dan melaksanakan eksperimen untuk menguji perkiraan teoretis. Meskipun teori dan eksperimen dikembangkan secara terpisah, mereka saling bergantung. Kemajuan dalam fisika biasanya muncul ketika eksperimentalis membuat penemuan yang tak dapat dijelaska teori yang ada, sehingga mengharuskan dirumuskannya teori-teori baru. Tanpa eksperimen, penelitian teoretis sering berjalan ke arah yang salah; salah satu contohnya adalah teori-M, teori populer dalam fisika energi-tinggi, karena eksperimen untuk mengujinya belum pernah disusun.

Teori fisika utama

Meskipun fisika membahas beraneka ragam sistem, ada beberapa teori yang digunakan secara keseluruhan dalam fisika, bukan di satu bidang saja. Setiap teori ini diyakini benar adanya, dalam wilayah kesahihan tertentu. Contohnya, teori mekanika klasik dapat menjelaskan pergerakan benda dengan tepat, asalkan benda ini lebih besar daripada atom dan bergerak dengan kecepatan jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya. Teori-teori ini masih terus diteliti; contohnya, aspek mengagumkan dari mekanika klasik yang dikenal sebagai teori chaos ditemukan pada abad kedua puluh, tiga abad setelah dirumuskan oleh Isaac Newton. Namun, hanya sedikit fisikawan yang menganggap teori-teori dasar ini menyimpang. Oleh karena itu, teori-teori tersebut digunakan sebagai dasar penelitian menuju topik yang lebih khusus, dan semua pelaku fisika, apa pun spesialisasinya, diharapkan memahami teori-teori tersebut.
Teori Subtopik utama Konsep
Mekanika klasik Hukum gerak Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian, Teori chaos, Dinamika fluida, Mekanika kontinuum Dimensi, Ruang, Waktu, Gerak, Panjang, Kecepatan, Massa, Momentum, Gaya, Energi, Momentum sudut, Torsi, Hukum kekekalan, Oscilator harmonis, Gelombang, Usaha, Daya
Elektromagnetik Elektrostatik, Listrik, Magnetisitas, Persamaan Maxwell Muatan listrik, Arus, Medan listrik, Medan magnet, Medan elektromagnetik, Radiasi elektromagnetis, Monopol magnetik
Termodinamika dan Mekanika statistik Mesin panas, Teori kinetis Konstanta Boltzmann, Entropi, Energi bebas, Panas, Fungsi partisi, Suhu
Mekanika kuantum Path integral formulation, Persamaan Schrödinger, Teori medan kuantum Hamiltonian, Partikel identik Konstanta Planck, Pengikatan kuantum, Oscilator harmonik kuantum, Fungsi gelombang, Energi titik-nol
Teori relativitas Relativitas khusus, Relativitas umum Prinsip ekuivalensi, Empat-momentum, Kerangka referensi, Waktu-ruang, Kecepatan cahaya

Bidang utama dalam fisika

Riset dalam fisika dibagi beberapa bidang yang mempelajari aspek yang berbeda dari dunia materi. Fisika benda kondensi, diperkirakan sebagai bidang fisika terbesar, mempelajari properti benda besar, seperti benda padat dan cairan yang kita temui setiap hari, yang berasal dari properti dan interaksi mutual dari atom. Bidang Fisika atomik, molekul, dan optik berhadapan dengan individual atom dan molekul, dan cara mereka menyerap dan mengeluarkan cahaya. Bidang Fisika partikel, juga dikenal sebagai "Fisika energi-tinggi", mempelajari properti partikel super kecil yang jauh lebih kecil dari atom, termasuk partikel dasar yang membentuk benda lainnya. Terakhir, bidang Astrofisika menerapkan hukum fisika untuk menjelaskan fenomena astronomi, berkisar dari matahari dan objek lainnya dalam tata surya ke jagad raya secara keseluruhan.
Bidang Sub-bidang Teori utama Konsep
Astrofisika Kosmologi, Ilmu planet, Fisika plasma Big Bang, Inflasi kosmik, Relativitas umum, Hukum gravitasi universal Lubang hitam, Latar belakang radiasi kosmik, Galaksi, Gravitasi, Radiasi Gravitasi, Planet, Tata surya, Bintang
Fisika atomik, molekul, dan optik Fisika atom, Fisika molekul, Optik, Photonik Optik quantum Difraksi, Radiasi elektromagnetik, Laser, Polarisasi, Garis spectral
Fisika partikel Fisika akselerator, Fisika nuklir Model standar, Teori penyatuan besar, teori-M Gaya Fundamental (gravitasi, elektromagnetik, lemah, kuat), Partikel elemen, Antimatter, Putar, Pengereman simetri spontan, Teori keseluruhan Energi vakum
Fisika benda kondensi Fisika benda padat, Fisika material, Fisika polimer, Material butiran Teori BCS, Gelombang Bloch, Gas Fermi, Cairan Fermi, Teori banyak-tubuh Fase (gas, cair, padat, Kondensat Bose-Einstein, superkonduktor, superfluid), Konduksi listrik, Magnetism, Pengorganisasian sendiri, Putar, Pengereman simetri spontan

Bidang yang berhubungan

Ada banyak area riset yang mencampur fisika dengan bidang lainnya. Contohnya, bidang biofisika yang mengkhususkan ke peranan prinsip fisika dalam sistem biologi, dan bidang kimia kuantum yang mempelajari bagaimana teori kuantum mekanik memberi peningkatan terhadap sifat kimia dari atom dan molekul. Beberapa didata di bawah:
Akustik - Astronomi - Biofisika - Fisika penghitungan - Elektronik - Teknik - Geofisika - Ilmu material - Fisika matematika - Fisika medis - Kimia Fisika - Dinamika kendaraan - Fisika Pendidikan

Teori palsu

Fusi dingin - Teori gravitasi dinamik - Luminiferous aether - Energi orgone - Teori bentuk tetap

Sejarah

Artikel utama: Sejarah fisika. Lihat juga Fisikawan terkenal dan Penghargaan Nobel dalam Fisika.
Sejak zaman purbakala, orang telah mencoba untuk mengerti sifat dari benda: mengapa objek yang tidak ditopang jatuh ke tanah, mengapa material yang berbeda memiliki properti yang berbeda, dan seterusnya. Lainnya adalah sifat dari jagad raya, seperti bentuk Bumi dan sifat dari objek celestial seperti Matahari dan Bulan.
Beberapa teori diusulkan dan banyak yang salah. Teori tersebut banyak tergantung dari istilah filosofi, dan tidak pernah dipastikan oleh eksperimen sistematik seperti yang populer sekarang ini. Ada pengecualian dan anakronisme: contohnya, pemikir Yunani Archimedes menurunkan banyak deskripsi kuantitatif yang benar dari mekanik dan hidrostatik.
Pada awal abad 17, Galileo membuka penggunaan eksperimen untuk memastikan kebenaran teori fisika, yang merupakan kunci dari metode sains. Galileo memformulasikan dan berhasil mengetes beberapa hasil dari dinamika mekanik, terutama Hukum Inert. Pada 1687, Isaac Newton menerbitkan Filosofi Natural Prinsip Matematika, memberikan penjelasan yang jelas dan teori fisika yang sukses: Hukum gerak Newton, yang merupakan sumber dari mekanika klasik; dan Hukum Gravitasi Newton, yang menjelaskan gaya dasar gravitasi. Kedua teori ini cocok dalam eksperimen. Prinsipia juga memasukan beberapa teori dalam dinamika fluid. Mekanika klasik dikembangkan besar-besaran oleh Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton, dan lainnya, yang menciptakan formula, prinsip, dan hasil baru. Hukum Gravitas memulai bidang astrofisika, yang menggambarkan fenomena astronomi menggunakan teori fisika.
Dari sejak abad 18 dan seterusnya, termodinamika dikembangkan oleh Robert Boyle, Thomas Young, dan banyak lainnya. Pada 1733, Daniel Bernoulli menggunakan argumen statistika dalam mekanika klasik untuk menurunkan hasil termodinamika, memulai bidang mekanika statistik. Pada 1798, Benjamin Thompson mempertunjukkan konversi kerja mekanika ke dalam panas, dan pada 1847 James Joule menyatakan hukum konservasi energi, dalam bentuk panasa juga dalam energi mekanika.
Sifat listrik dan magnetisme dipelajari oleh Michael Faraday, George Ohm, dan lainnya. Pada 1855, James Clerk Maxwell menyatukan kedua fenomena menjadi satu teori elektromagnetisme, dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Perkiraan dari teori ini adalah cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Arah masa depan

Riset fisika mengalami kemajuan konstan dalam banyak bidang, dan masih akan tetap begitu jauh di masa depan.
Dalam fisika benda kondensi, masalah teoritis tak terpecahkan terbesar adalah penjelasan superkonduktivitas suhu-tinggi. Banyak usaha dilakukan untuk membuat spintronik dan komputer kuantum bekerja.
Dalam fisika partikel, potongan pertama dari bukti eksperimen untuk fisika di luar Model Standar telah mulai menghasilkan. Yang paling terkenal adalah penunjukan bahwa neutrino memiliki massa bukan-nol. Hasil eksperimen ini nampaknya telah menyelesaikan masalah solar neutrino yang telah berdiri-lama dalam fisika matahari. Fisika neutrino besar merupakan area riset eksperimen dan teori yang aktif. Dalam beberapa tahun ke depan, pemercepat partikel akan mulai meneliti skala energi dalam jangkauan TeV, yang di mana para eksperimentalis berharap untuk menemukan bukti untuk Higgs boson dan partikel supersimetri.
Para teori juga mencoba untuk menyatikan mekanika kuantum dan relativitas umum menjadi satu teori gravitasi kuantum, sebuah program yang telah berjalan selama setengah abad, dan masih belum menghasilkan buah. Kandidat atas berikutnya adalah Teori-M, teori superstring, dan gravitasi kuantum loop.
Banyak fenomena astronomikal dan kosmologikal belum dijelaskan secara memuaskan, termasuk keberadaan sinar kosmik energi ultra-tinggi, asimetri baryon, pemercepatan alam semesta dan percepatan putaran anomali galaksi.
Meskipun banyak kemajuan telah dibuat dalam energi-tinggi, kuantum, dan fisika astronomikal, banyak fenomena sehari-hari lainnya, menyangkut sistem kompleks, chaos, atau turbulens masih dimengerti sedikit saja. Masalah rumit yang sepertinya dapat dipecahkan oleh aplikasi pandai dari dinamika dan mekanika, seperti pembentukan tumpukan pasir, "node" dalam air "trickling", teori katastrof, atau pengurutan-sendiri dalam koleksi heterogen yang bergetar masih tak terpecahkan. Fenomena rumit ini telah menerima perhatian yang semakin banyak sejak 1970-an untuk beberapa alasan, tidak lain dikarenakan kurangnya metode matematika modern dan komputer yang dapat menghitung sistem kompleks untuk dapat dimodelkan dengan cara baru. Hubungan antar disiplin dari fisika kompleks juga telah meningkat, seperti dalam pelajaran turbulens dalam aerodinamika atau pengamatan pola pembentukan dalam sistem biologi. Pada 1932.



Cahaya






Gelombang elektromagnetik dapat digambarkan sebagai dua buah gelombang yang merambat secara transversal pada dua buah bidang tegak lurus yaitu medan magnetik dan medan listrik. Merambatnya gelombang magnet akan mendorong gelombang listrik, dan sebaliknya, saat merambat, gelombang listrik akan mendorong gelombang magnet. Diagram di atas menunjukkan gelombang cahaya yang merambat dari kiri ke kanan dengan medan listrik pada bidang vertikal dan medan magnet pada bidang horizontal.
Onde electromagnetique.svg
Cahaya adalah energi berbentuk gelombang elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang gelombang sekitar 380–750 nm.[1] Pada bidang fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik dengan panjang gelombang kasat mata maupun yang tidak. [2][3]
Cahaya adalah paket partikel yang disebut foton.
Kedua definisi di atas adalah sifat yang ditunjukkan cahaya secara bersamaan sehingga disebut "dualisme gelombang-partikel". Paket cahaya yang disebut spektrum kemudian dipersepsikan secara visual oleh indera penglihatan sebagai warna. Bidang studi cahaya dikenal dengan sebutan optika, merupakan area riset yang penting pada fisika modern.
Studi mengenai cahaya dimulai dengan munculnya era optika klasik yang mempelajari besaran optik seperti: intensitas, frekuensi atau panjang gelombang, polarisasi dan fasa cahaya. Sifat-sifat cahaya dan interaksinya terhadap sekitar dilakukan dengan pendekatan paraksial geometris seperti refleksi dan refraksi, dan pendekatan sifat optik fisisnya yaitu: interferensi, difraksi, dispersi, polarisasi. Masing-masing studi optika klasik ini disebut dengan optika geometris (en:geometrical optics) dan optika fisis (en:physical optics).
Pada puncak optika klasik, cahaya didefinisikan sebagai gelombang elektromagnetik dan memicu serangkaian penemuan dan pemikiran, sejak tahun 1838 oleh Michael Faraday dengan penemuan sinar katoda, tahun 1859 dengan teori radiasi massa hitam oleh Gustav Kirchhoff, tahun 1877 Ludwig Boltzmann mengatakan bahwa status energi sistem fisik dapat menjadi diskrit, teori kuantum sebagai model dari teori radiasi massa hitam oleh Max Planck pada tahun 1899 dengan hipotesa bahwa energi yang teradiasi dan terserap dapat terbagi menjadi jumlahan diskrit yang disebut elemen energi, E. Pada tahun 1905, Albert Einstein membuat percobaan efek fotoelektrik, cahaya yang menyinari atom mengeksitasi elektron untuk melejit keluar dari orbitnya. Pada pada tahun 1924 percobaan oleh Louis de Broglie menunjukkan elektron mempunyai sifat dualitas partikel-gelombang, hingga tercetus teori dualitas partikel-gelombang. Albert Einstein kemudian pada tahun 1926 membuat postulat berdasarkan efek fotolistrik, bahwa cahaya tersusun dari kuanta yang disebut foton yang mempunyai sifat dualitas yang sama. Karya Albert Einstein dan Max Planck mendapatkan penghargaan Nobel masing-masing pada tahun 1921 dan 1918 dan menjadi dasar teori kuantum mekanik yang dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk Werner Heisenberg, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, David Hilbert, Roy J. Glauber dan lain-lain.
Era ini kemudian disebut era optika modern dan cahaya didefinisikan sebagai dualisme gelombang transversal elektromagnetik dan aliran partikel yang disebut foton. Pengembangan lebih lanjut terjadi pada tahun 1953 dengan ditemukannya sinar maser, dan sinar laser pada tahun 1960.
Era optika modern tidak serta merta mengakhiri era optika klasik, tetapi memperkenalkan sifat-sifat cahaya yang lain yaitu difusi dan hamburan.


Elektron

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari



Elektron



HAtomOrbitals.png



Perkiraan teoritis rapatan elektron untuk atom Hidrogen dalam beberapa orbit elektron
Komposisi: Partikel dasar
Keluarga: Fermion
Kelompok: Lepton
Generasi: Pertama
Interaksi: Gravitasi, Elektromagnetik, Lemah
Simbol: e, β
Antipartikel: Positron (juga disebut antielektron)
Penggagas: Richard Laming (1838–1851),
G. Johnstone Stoney (1874) et. al.
Penemu: J. J. Thomson (1897)[1]
Massa: 9,10938215(45) × 10-31 kg
5,4857990943(23) × 10-4 u
[1822,88850204(77)]−1 u[cat 1]
0,510998910(13)MeV/c2
Muatan listrik: −1 e[cat 2]
-1,602176487(40) × 10-19 C
Momentum magnetik: −1,00115965218111 μB
Spin: 12
Elektron adalah partikel subatomik yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebaga e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer.[2] Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton.[3] Mometum sudut (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berarti bahwa ia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, kecuali bahwa ia bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat saling berhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama. Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama,[4] berpartisipasi dalam interaksi gravitasional, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah.[5] Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga ia dapat bertumbukkan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, tiada dua elektron yang dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.[4]
Konsep muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan untuk menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf alam Richard Laming pada awal tahun 1838;[6] nama electron diperkenalkan untuk menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.[1][7]
Dalam banyak fenomena fisika, seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memainkan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang bergerak relatif terhadap pengamat akan menghasilkan medan magnetik dan lintasan elektron tersebut juga akan dilengkungkan oleh medan magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, ia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam bentuk foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya menduduki 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb antara elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron antara dua atau lebih atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan kimia.[8]
Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada persitiwa Big Bang, namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak aplikasinya dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

 Sejarah

Orang Yunani Kuno memperhatikan bahwa ambar dapat menarik benda-benda kecil ketika digosok-gosokkan dengan bulu hewan. Selain petir, fenomena ini merupakan salah satu catatan terawal manusia mengenai listrik.[9] Dalam karya tahun 1600-nya De Magnete, fisikawan Inggris William Gilbert menciptakan istilah baru electricus untuk merujuk pada sifat penarikan benda-benda kecil setelah digosok.[10] Bahasa Inggris untuk kata electric diturunkan dari bahasa Latin ēlectrum, yang berasal dari bahasa Yunani ήλεκτρον (ēlektron) untuk batu ambar.
Pada tahun 1737, C. F. du Fay dan Hawksbee secara independen menemukan apa yang mereka percaya sebagai dua jenis listrik friksional; satunya dihasilkan dari penggosokan gelas, yang lainnya dihasilkan dari penggosokan resin. Dari sinilah, Du Fay berteori bahwa listrik terdiri dari dua fluida elektris, yaitu "vitreous" dan "resinous", yang dipisahkan oleh gesekan dan menetralkan satu sama lainnya ketika bergabung.[11] Satu dasarwasa kemudian, Benjamin Franklin mengajukan bahwa listrik tidaklah berasal dari fluida elektris yang bermacam-macam, namun berasal dari fluida elektris yang sama di bawah tekanan yang berbeda. Ia memberikan tatanama muatan positif dan negatif untuk tekanan yang berbeda ini.[12][13]
Antara tahun 1838 dan 1851, filsuf alam Britania Richard Laming mengembangkan gagasan bahwa atom terdiri dari materi inti yang dikelilingi oleh partikel subatom yang memiliki muatan listrik.[14] Awal tahun 1846, fisikawan Jerman William Weber berteori bahwa listrik terdiri dari fluida yang bermuatan positif dan negatif, dan interaksinya mematuhi hukum kuadrat terbalik. Setelah mengkaji fenomena elektrolisis pada tahun 1874, fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney mengajukan bahwa terdapat suatu "satuan kuantitas listrik tertentu" yang merupakan muatan sebuah ion monovalen. Ia berhasil memperkirakan nilai muatan elementer e ini menggunakan Hukum elektrolisis Faraday.[15] Namun, Stoney percaya bahwa muatan-muatan ini secara permanen terikat pada atom dan tidak dapat dilepaskan. Pada tahun 1881, fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz berargumen bahwa baik muatan positif dan negatif dibagi menjadi beberapa bagian elementer, yang "berperilaku seperti atom dari listrik".[6]
Pada tahun 1894, Stoney menciptakan istilah electron untuk mewakili muatan elementer ini.[16] Kata electron merupakan kombinasi kata electric dengan akhiran on, yang digunakan sekarang untuk merujuk pada partikel subatomik seperti proton dan neutron.[17][18]

 Penemuan elektron


Seberkas elektron dibelokkan menjadi lingkaran oleh medan magnet[19]
Fisikawan Jerman Johann Wilhelm Hittorf melakukan kajian mengenai konduktivitas listrik dalam gas. Pada tahun 1869, ia menemukan sebuah pancaran yang dipancarkan dari katoda yang ukurannya meningkat seiring dengan menurunnya tekanan gas. Pada tahun 1876, fisikawan Jerman Eugen Goldstein menunjukkan bahwa sinar pancaran ini menghasilkan bayangnya, dan ia menamakannya sinar katoda.[20] Semasa tahun 1870-an, kimiawan dan fisikawan Inggris William Crookes mengembangkan tabung katoda pertama yang vakum.[21] Ia kemudian menunjukkan sinar berpendar yang tampak di dalam tabung tersebut membawa energi dan bergerak dari katoda ke anoda. Lebih jauh lagi, menggunakan medan magnetik, ia dapat membelokkan sinar tersebut dan mendemonstrasikan bahwa berkas ini berperilaku seolah-olah ia bermuatan negatif.[22][23] Pada athun 1879, ia mengajukan bahwa sifat-sifat ini dapat dijelaskan menggunakan apa yang ia istilahkan sebagai 'materi radian' (radiant matter). Ia mengajukan ini adalah keadaan materi keempat, yang terdiri dari molekul-molekul bermuatan negatif yang diproyeksikan dengan kecepatan tinggi dari katoda.[24]
Fisikawan Britania kelahiran Jerman Arthur Schuster memperluas eksperimen Crookes dengan memasang dua pelat logam secara paralel terhadap sinar katoda dan memberikan potensial listrik antara dua pelat tersebut. Medan ini kemudian membelokkan sinar menuju pelat bermuatan positif, memberikan bukti lebih jauh bahwa sinar ini mengandung muatan negatif. Dengan mengukur jumlah pembelokkan sinar sesuai dengan arus listrik yang diberikan, pada tahun 1890, Schuster berhasil memperkirakan rasio massa terhadap muatan komponen-komponen sinar. Namun, perhitungan ini menghasilkan nilai yang seribu kali lebih besar daripada yang diperkirakan, sehingga perhitungan ini tidak dipercayai pada saat itu.[22][25]
Pada tahun 1896, fisikawan Britania J. J. Thomson, bersama dengan koleganya John S. Townsend dan H. A. Wilson,[1] melakukan eksperimen yang mengindikasikan bahwa sinar katoda benar-benar merupakan partikel baru dan bukanlah gelombang, atom, ataupun molekul seperti yang dipercayai sebelumnya. Thomson membuat perkiraan yang cukup baik dalam menentukan muatan e dan massa m, dan menemukan bahwa partikel sinar katoda, yang ia sebut "corpuscles" mungkin bermassa seperseribu massa ion terkecil yang pernah diketahui (hidrogen).[7] Ia menunjukkan bahwa rasio massa terhadap muatan, e/m, tidak tergantung pada material katoda. Ia lebih jauh lagi menunjukkan bahwa partikel bermuatan negatif yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif, bahan-bahan yang dipanaskan, atau bahan-bahan yang berpendar bersifat universal.[26] Nama elektron kemudian diajukan untuk menamakan partikel ini oleh fisikawan Irlandia George F. Fitzgerald, dan seterusnya mendapatkan penerimaan yang universal.[22]
Manakala sedang mengkaji mineral fluoresens pada tahun 1896, fisikawan Perancis Henri Becquerel menemukan bahwa mineral tersebut memancarkan radiasi tanpa terpapar dengan sumber energi eksternal. Bahan radioaktif ini menarik perhatian banyak ilmuwan, meliputi ilmuwan Selandia Baru Ernest Rutherford yang menemukan bahwa partikel ini memancarkan partikel. Ia melabelkan partikel ini sebagai partikel alfa dan partikel beta berdasarkan kemampuannya menembus materi.[27] Pada tahun 1900, Becquerel menunjukkan bahwa emisi sinar beta oleh radium dapat dibelokkan oleh medan listrik, dan rasio massa terhadap muatannya adalah sama dengan rasio massa terhadap muatan sinar katoda.[28] Bukti ini menguatkan pandangan bahwa elektron merupakan komponen atom.[29][30]
Muatan elektron kemudian diukur lebih seksama lagi oleh fisikawan Amerika Robert Millikan dalam Percobaan tetesan minyak pada tahun 1909. Hasil percobaan ini dipublikasikan pada tahun 1911. Percobaan ini menggunakan medan listrik untuk mencegah tetesan minyak bermuatan jatuh sebagai akibat dari gravitasi. Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini dapat mengukur muatan listrik dari 1–150 ion dengan batas kesalahan kurang dari 0,3%. Percobaan yang mirip dengan percobaan Millikan sebelumnya telah dilakukan oleh Thomson, menggunakan tetesan awan air bermuatan yang dihasilkan dari elektrolisis,[1] dan oleh Abram Ioffe pada tahun 1911, yang secara independen mendapatkan hasil yang sama dengan Millikan menggunakan mikropartikel logam bermuatan. Ia mempublikasikan hasil percobaannya pada tahun 1913.[31] Namun, tetesan minyak lebih stabil daripada tetesan air karena laju penguapan minyak yang lebih lambat, sehingga lebih cocok digunakan untuk percobaan dalam periode waktu yang lama.[32]
Sekitar permulaan abad ke-20, ditemukan bahwa di bawah kondisi tertentu, partikel bermuatan yang bergerak cepat dapat menyebabkan kondensasi uap air yang lewat jenuh di sepanjang lintasan partikel tersebut. pada tahun 1911, Charles Wilson menggunakan prinsip ini untuk membangun bilik kabut, mengijikan pelacakan partikel-partikel bermuatan seperti elektron yang bergerak cepat untuk difoto.[33]

Teori atom


Model atom Bohr, menunjukkan keadaan elektron dengan energi terkuantisasi n. Sebuah elektron yang jatuh ke orbit bawah memancarkan foton yang energinya sama dengan perbedaan energi antar orbit.
Pada tahun 1914, percobaan yang dilakukan oleh fisikawan Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck dan Gustav Hertz secara garis besar telah berhasil membangun model struktur atom sebagai inti atom bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron bermassa kecil.[34] Pada tahun 1913, fisikawan Denmark Niels Bohr berpostulat bahwa elektron berada dalam keadaan energi terkuantisasi, dengan energinya ditentukan berdasarkan momentum sudut orbit elektron di sekitar inti. Elektron dapat berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain (atau orbit) dengan memancarkan emisi ataupun menyerap foton pada frekuensi tertentu. Menggunakan model orbit terkuantisasi ini, ia secara akurat berhasil menjelaskan garis spektrum atom hidrogen.[35] Namun, model Bohr gagal menjelaskan intensitas relatif garis spektrum ini dan gagal pula dalam menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks.[34]
Ikatan kimia antar atom dijelaskan oleh Gilbert Newton Lewis, yang pada tahun 1916 mengajukan bahwa ikatan kovalen antar dua atom dijaga oleh sepasangan elektron yang dibagikan diantara dua atom yang berikatan.[36] Kemudian, pada tahun 1923, Walter Heitler dan Fritz London memberikan penjelasan penuh mengenai formasi pasangan elektron dan ikatan kimia berdasarkan mekanika kuantum.[37] Pada tahun 1919, kimiawan Amerika Irving Langmuir menjabarkan lebih lanjut lagi model statis atom Lewis dan mengajukan bahwa semua elektron terdistribusikan dalam "kulit-kulit bola konsentris, kesemuannya berketebalan sama".[38] Kulit tersebut kemudian dibagi olehnya ke dalam sejumlah sel yang tiap-tiap sel mengandung sepasangan elektron. Dengan model ini, Langmuir berhasil secara kualitatif menjelaskan sifat-sifat kimia semua unsur dalam tabel periodik.[37]
Pada tahun 1924, fisikawan Austria Wolfang Pauli memantau bahwa struktur seperi kulit atom ini dapat dijelaskan menggunakan empat parameter yang menentukan tiap-tiap keadaan energi kuantum sepanjang tiap keadaan diduduki oleh tidak lebih dari satu elektron tunggal. Pelarangan adanya lebih dari satu elektron menduduki keadaan energi kuantum yang sama dikenal sebagai asas pengecualian Pauli.)[39] Mekanisme fisika yang menjelaskan parameter keempat, yang memiliki dua nilai berbeda, diberikan oleh fisikawan Belanda Abraham Goudsmith dan George Uhlenbeck ketika mereka mengajukan bahwa elektron, selain momentum sudut orbitnya, juga dapat memiliki momentum sudut intrinsiknya sendiri.[34][40] Ciri ini kemudian dikenal sebagai spin, yang menjelaskan pemisahan garis spektrum yang terpantau pada spektrometer beresolusi tinggi. Fenomena ini dikenal sebagai pemisahan struktur halus.[41]

Mekanika kuantum


Dalam mekanika kuantum, perilaku elektron dalam atom dijelaskan menggunakan orbital, yang merupakan sebuah distribusi probabilitas dan bukannya orbit. Pada gambar di atas, bagian berwarna menunjukkan probabilitas relatif "penemuan" elektron yang memiliki energi sesuai dengan bilangan kuantum pada titik tersebut.
Dalam disertasi tahun 1924 berjudul Recherches sur la théorie des quanta (Riset mengenai Teori Kuantum), fisikawan Perancis Louis de Broglie berhipotesis bahwa semua materi memiliki gelombang De Broglie yang mirip dengan cahaya.[42] Ini berarti bahwa di bawah kondisi yang tepat, elektron dan semua materi dapat menunjukkan sifat-sifat seperti partikel maupun seperti gelombang. Sifat korpuskular partikel dapat didemonstrasikan ketika ia dapat ditunjukkan memiliki posisi terlokalisasi dalam ruang sepanjang trayektorinya pada waktu apapun.[43] Sifat seperti gelombang dapat dipantau ketika seberkas cahaya dilewatkan melalui celah-celah paralel dan menghasilkan pola-pola interferensi. Pada tahun 1927, efek interferensi ini berhasil ditunjukkan juga berlaku bagi berkas elektron oleh fisikawan Inggris George Paget Thomson menggunakan film logam tipis dan oleh fisikawan Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer menggunakan kristal nikel.[44] Suksesnya prerdiksi de Broglie mengantarkan Erwin Schrödinger para tahun 1926 mempublikasikan persamaan Schrödinger yang secara sukses mendeskripsikan bagaimana gelombang elektron merambat.[45] Daripada menghasilkan penyelesaian yang menentukan lokasi elektron seiring dengan berjalannya waktu, persamaan gelombang ini dapat digunakan untuk memprediksikan probabilitas penemuan sebuah elektron dekat sebuah posisi. Pendekatan ini kemudian disebut sebagai mekanika kuantum, yang memberikan perhitungan keadaan energi elektron atom hidrogen dengan sangat tepat. Seketika spin dan interaksi antara banyak elektron diperhitungkan, mekanika kuantum mengijinkan konfigurasi elektron dalam atom bernomor atom lebih tinggi daripada hidrogen diprediksi dengan tepat.[46]
Pada tahun 1928, berdasarkan karya Wolfgang Pauli, Paul Dirac menghasilkan model elektron, persamaan Dirac, yang konsisten dengan teori relativitas, dengan menerapkan pertimbangan relativitas dan simetri ke dalam perumusan Hamiltonan mekanika kuantum medan elektro-magnetik.[47] Agar dapat memecahkan berbagai masalah dalam persamaan relativistiknya, pada tahun 1930, Dirac mengembangkan model vakum sebagai lautan partikel tak terhingga yang berenergi negatif (dikenal sebagai laut Dirac). Ini mengantar Dirac memprediksikan keberadaan positron, antimateri dari elektron.[48] Partikel positron ditemukan pada tahun 1932 oleh Carl D. Anderson, yang menyerukan dinamakannya elektron biasa sebagai negatron, dan elektron digunakan sebagai istilah generik untuk merujuk pada kedua partikel tersebut. Penggunaan istilah 'negatron' kadang-kadang masih dapat ditemukan sekarang, dan dapat disingkat menjadi 'negaton'.[49][50]
Pada tahun 1947, Willis Lamb, berkolaborasi dengan murid pascasarjanya Robert Retherford, menemukan bahwa keadaan kuantum tertentu hidrogen atom, yang seharusnya berenergi sama, bergesar relatif terhadap satu sama lain. Pergesaran ini disebut sebagai geseran Lamb. Pada waktu yang bersamaan, Polykarp Kusch, bekerja dengan Henry M. Foley, menemukan bahwa momen magnetik elektron sedikit lebih besar daripada yang diprediksikan oleh teori Dirac. Perbedaan kecil ini kemudian disebut sebagai anomali momen dipol magnetik elektron. Untuk memecahkan masalah ini, teori yang disebut elektrodinamika kuantum dikembangkan oleh Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger dan Richard P. Feynman pada akhir tahun 1940-an.[51]

Pemercepat partikel

Dengan berkembangnya pemercepat partikel semasa paruh pertama abad ke-20, fisikawan mulai mengkaji lebih dalam sifat-sifat partikel subatom.[52] Usaha pertama yang berhasil mempercepat elektron menggunakan induksi elektromagnetik dilakukan pada tahun 1942 oleh Donald Kerst. Betatron awalnya mencapai energi sebesar 2,3 MeV, manakala betatron-betatron selanjutnya berhasil mencapai 300 MeV. Pada tahun 1947, radiasi sinkotron ditemukan menggunakan sinkotron elektron 70 MeV di General Electric. Radiasi ini disebabkan oleh percepatan elektron yang bergerak mendekati kecepatan cahaya melalui medan magnetik.[53]
Dengan energi berkas sebesar 1,5 GeV, penumbuk partikel berenergi tinggi ADONE memulai operasinya pada tahun 1968.[54] Alat ini mempercepat elektron dan positron dengan arah yang berlawanan, secara efektif menggandakan energi tumbukan dibandingkan apabila menumbukkan elektron dengan target yang diam.[55] Large Electron-Positron Collider (LEP) di CERN yang beroperasi dari tahun 1989 sampai dengan tahun 2000 berhasil mencapai energi tumbukan sebesar 209 GeV dan berhasil membuat pengukuran untuk Model Standar fisika partikel.[56][57]

Karakteristik

 Klasifikasi


Model Standar partikel elementer. Elektron berada pada bagian kiri bawah.
Dalam Model Standar fisika partikel, elektron termasuk ke dalam golongan partikel subatom yang disebut lepton, yang dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa yang terendah di antara leopton bermuatan lainnya dan termasuk ke dalam partikel elementer generasi pertama.[58] Generasi kedua dan ketiganya mengandung lepton bermuatan, yaitu muon dan tauon, yang identik dengan elektron dalam hal muatannya, spin, dan interaksinya, terkecuali keduanya bermassa lebih besar. Lepton berbeda dari konstituen materi lainnya seperti kuark karena lepton tidak memiliki interaksi kuat. Semua anggota golongan lepton adalah termask fermion karena semuanya memiliki spin 12.[59]

 Ciri-ciri fundamental

Massa invarian sebuah elektron adalah kira-kira 9,109 × 10-31 kilogram,[60] ataupun setara dengan 5,489 × 10-4 satuan massa atom. Berdasarkan prinsip kesetaraan massa-energi Einstein, massa ini berkoresponden terhadap energi rihat 0,511 MeV. Rasio antara massa proton dengan massa elektron adalah sekitar 1836.[3][61] Pengukuran astronomi menunjukkan bahwa rasio massa proton terhadap elektron tetap bernilai sama paling tidak selama setengah usia alam semesta, seperti yang diprediksikan oleh Model Standar.[62]
Elektron memiliki muatan listrik sebesar -1,602 × 10-19 coulomb,[60] yang digunakan sebagai satuan standar untuk muatan partikel subatom. Di bawah ambang batas keakuratan eksperimen, muatan elektron adalah sama dengan muatan proton, namun memiliki tanda positif.[63] Oleh karena simbol e digunakan untuk merujuk pada muatan elementer, elektron umumnya disimbolkan sebagai e, dengan tanda minus mengindikasikan muatan negatif. Positron disimbolkan sebagai e+ karena ia memiliki ciri-ciri yang sama dengan elektron namun bermuatan positif.[60][59]
Elektron memiliki momentum sudut intrinsik atau spin senilai 12.[60] Sifat ini biasanya dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-12.[59] Untuk partikel seperti ini, besaran spinnya adalah 32 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah dapat bernilai ±ħ2. Selain spin, elektron juga memiliki momen magnetik intrinsik di sepanjang sumbu spinnya.[60] Momen magnetik elektron kira-kira sama dengan satu magneton Bohr,[64][cat 4] dengan konstanta fisika sebesar 9,274 009 15(23) × 10−24 joule per tesla.[60] Orientasi spin terhadap momentum elektron menentukan helisitas partikel tersebut.[65]
Elektron tidak memiliki substruktur yang diketahui.[2][66] Oleh karena itu, ia didefinisikan ataupun diasumsikan sebagai partikel titik ataupun muatan titik dan tidak beruang.[4] Pemantaupaun pada satu elektron tunggal dalam perangkap Penning menunjukkan batasan atas jari-jari partikel sebesar 10−22 meter.[67] Terdapat sebuah tetapan fisika yang disebut sebagai "jari-jari elektron klasik" yang bernilai 2,8179 ×10-15 m. Namun terminologi ini berasal dari perhitungan sederhana yang mengabaikan efek-efek mekanika kuantum. Dalam kenyataannya, jari-jari elektron klasik tidak memiliki hubungan apapun dengan struktur dasar elektron.[68][cat 5]
Terdapat partikel elementer yang secara spontan meluruh menjadi partikel yang lebih ringan. Contohnya adalah muon yang meluruh menjadi elektron, neutrino, dan antineutrino, dengan waktu paruh rata-rata 2,2 × 10-6 detik. Namun, elektron diperkirakan stabil secara teoritis: elektron merupakan partikel teringan yang bermuatan, sehingga peluruhannya akan melanggar kekalan muatan.[69] Ambang bawah eksperimen untuk rata-rata umur paruh elektron adalah 4,6 × 1026 tahun, dengan taraf keyakinan sebesar 90%.[70]

Sifat-sifat kuantum

Seperti semua partikel, elektron dapat berperilaku seperti gelombang. Ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel dan dapat ditunjukkan menggunakan eksperimen celah ganda. Sifat bak gelombang elektron mengijinkannya melewati kedua celah paralel secara bersamaan dan bukannya hanya melewati satu celah. Dalam mekanika kuantum, sifat bak gelombang suatu partikel dapat dideskripsikan secara matematis sebagai fungsi bernilai kompleks yang disebut sebagai fungsi gelombang (ψ). Ketika nilai mutlak fungsi ini di kuadratkan, nilai pengkuadratan ini akan memberikan probabilitas pemantauan suatu partikel dekat seuatu lokasi, disebut sebagai rapatan probabilitas.[71]

Contoh gelombang antisimetrik untuk keadaan kuantum dua fermion identik pada kotak dua dimensi. Jika partikel bertukar posisi, fungsi gelombang membalikkan tandanya.
Elektron yang satu dengan elektron yang lainnya tidak dapat dibedakan karena sifat fisika intrinsiknya. Dalam mekanika kuantum, hal ini berarti bahwa sepasangan elektron yang berinteraksi haruslah dapat bertukar posisi tanpa adanya perubahan keadaan sistem yang terpantau. Fungsi gelombang fermion, termasuk pula elektron, adalah antisimetrik, berarti bahwa ia berubah tanda ketika dua elektron bertukaran; yakni ψ(r1, r2) = −ψ(r2, r1), dengan variabel r1 dan r2 adalah elektron pertama dan kedua. Oleh karena nilai mutlak tidak berubah ketika berubah tanda, ini berarti bahwa terdapat probabilitas yang tidak berubah. Berbeda dengan fermion, boson seperti foton memiliki fungsi gelombang simterik.[71]
Dalam kasus antisimetri, penyelesaian fungsi gelombang untuk elektron yang berinteraksi menghasilkan probabilitas yang bernilai nol untuk tiap pasangan elektron menduduki lokasi ataupun keadaan yang sama. Hal ini dikenal dengan nama asas pengecualian Pauli. Asas ini menjelaskan banyak sifat elektron.

 Partikel maya

Para fisikawan percaya bahwa ruang kosong mungkin secara berkesinambungan menciptakan banyak pasang partikel maya seperti positron dengan elektron, yang dengan cepat memusnahkan satu sama lainnya setelah tercipta. Kombinasi variasi energi yang diperlukan untuk menciptakan partikel-partikel ini beserta waktu keberadaan partikel ini berada dalam ambang pendeteksian seperti yang dinyatakan oleh Prinsip ketidakpastian Heisenberg, ΔE·Δt ≥ ħ. Energi yang diperlukan untuk menciptakan partikel maya ini, ΔE, dapat "dipinjam" dari keadaan vakum untuk periode waktu Δt, sedemikian perkalian keduanya tidak lebih dari nilai konstanta Planck tereduksi, ħ ≈ 6,6 × 10-16 eV·s. Sehingga untuk elektron maya, Δt terlamanya adalah 1,3 × 10-21 s.

Gambaran skematis pasangan elektron-positron maya yang muncul secara acak dekat sebuah elektron (kiri bawah)
Ketika pasangan elektron-positron maya terbentuk, gaya coulomb dari medan listrik sekitar elektron menyebabkan positron yang tercipta tertarik ke elektron awal manakala elektron yang tercipta mengalami gaya tolak. Ini mengebabkan polarisasi vakum. Pada dasarnya, keadaan vakum berperilaku seperti media yang memiliki permitivitas dielektrik lebih besar dari satu. Sehingga muatan efektif sebuah elektron biasanya lebih kecil daripada nilai aslinya, dan muatan akan berkurang dengan meningkatnya jarak dari elektron. Polarisasi ini dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1997 menggunakan pemercepat partikel Jepang. Partikel-partikel maya menyebabkan efek pemerisaian untuk massa elektron
Interaksi dengan partikel maya juga menjelaskan penyimpangan momen magnetik intrinsik elektron sebesar 0,1% dari magneton Bohr. Kesesuaian yang sangat tepat antara perbedaan yang diprediksikan ini dengan nilai percobaan dipandang sebagai pencapaian besar elektrodinamika kuantum.
Dalam fisika klasik, momentum sudut dan momen magnetik suatu objek bergantung pada dimensi fisikanya. Oleh karena itu, konsep elektron tak berdimensi yang memiliki momentum sudut dan momen magnetik tampaknya tidak konsisten. Paradoks ini dapat dijelaskan menggunakan pembentukan foton maya dalam medan listrik yang dihasilkan oleh elektron. Foton-foton maya ini menyebabkan elektron bergeser secara getar-getir (dinamakan Zitterbewegung) yang mengakibatkan gerak melingkar dengan presesi. Gerak ini menghasilkan momen magnetik dan spin elektron.Dalam atom, penciptaan foton maya ini menjelaskan geseran Lamb yang terpantau pada garis spektrum.

Interaksi

Elektron menghasilkan medan listrik yang menarik partikel bermuatan positif seperti proton dan menolak partikel lain yang bermuatan negatif. Kekuatan gaya tarik/tolak ini ditentukan oleh Hukum Coulomb. Ketika elektron bergerak, ia menghasilkan medan magnetik. Hukum Ampère-Maxwell menghubungkan medan magnetik dengan gerak massa elektron (arus listrik) terhadap seorang pengamat. Medan elektromagnetik partikel bermuatan yang bergerak diekspresikan menggunakan potensial Liénard–Wiechert, yang berlaku bahkan untuk partikel yang bergerak mendekati kecepatan cahaya.

Sebuah partikel bermuatan q (kiri) bergerak dengan kecepatan v melalui medan magnetik B yang diorientasikan menuju pembaca. Untuk sebuah elektron, q bernilai negatif, sehingga ia mengikuti lintasan yang membelok ke atas.
Ketika sebuah elektron bergerak melalui medan magnetik, gaya Lorentz akan mempengaruhi arah lintasan elektron tegak lurus terhadap bidang medan magnet dan kecepatan elektron. Gaya sentripetal ini menyebabkan lintasan elektron berbentuk heliks. Percepatan yang dihasilkan dari gerak melengkung ini menginduksi elektron memancarkan energi dalam bentuk radiasi sinkotron. Emisi energi ini kemudian dapat mementalkan elektron, dikenal sebagai Gaya Abraham-Lorentz-Dirac, yang menciptakan gesekan yang memperlambat elektron. Gaya ini disebabkan oleh reaksi balik medan elektron terhadap dirinya sendiri.
Dalam elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik antara partikel dimediasi oleh foton. Elektron terisolasi yang tidak dipercepat tidak dapat memancar ataupun menyerap foton; apabila ia menyerap atau memancarkan foton, ini berarti pelanggaran hukum kekekalan energi dan momentum. Walau demikian, foton maya dapat mentransfer momentum antar dua partikel bermuatan. Adalah pertukaran foton maya ini yang menghasilkan gaya Coulomb. Emisi energi dapat terjadi ketika elektron yang bergerak dibelokkan oleh sebuah partikel bermuatan seperti proton. Percepatan elektron menghasilkan pancaran radiasi Bremsstrahlung.

Di sini, Bremsstrahlung dihasilkan oleh elektron e yang dibelokkan oleh medan listrik dari inti atom. Perubahan energi E2 − E1 menentukan frekuensi f foton yang dipancarkan.
Tumbukan lenting antara sebuah foton (cahaya) dengan sebuah elektron bebas disebut sebagai hamburan Compton. Tumbukan ini menghasilkan transfer momentum dan transfer energi antar partikel, yang mengubah panjang gelombang foton sejumlah geseran Compton Besaran maksimum geseran panjang gelombang ini adalah h/mec, yang dikenal sebagai panjang gelombang Compton. Untuk sebuah elektron, ini bernilai 2,43 × 10−12 m. Apabila panjang gelombang cahayanya panjang (contohnya panjang gelombang cahaya tampak adalah 0,4–0,7 μm), geseran panjang gelombang menjadi sangat kecil. Interaksi antara cahaya dengan elektron bebas seperti ini disebut sebagai hamburan Thomson.
Kekuatan relatif interaksi elektromagnetik antara dua partikel bermuatan seperti elektron dengan proton diberikan oleh konstanta struktur halus. Nilai konstanta ini tidak memiliki dimensi dan merupakan rasio dua energi: energi elektrostatik tarikan (ataupun tolakan) pada pemisahan satu panjang gelombang Compton dengan energi rihat muatan. Ia bernilai α ≈ 7,297353 × 10-3, ataupun kira-kira sama dengan 1137.
Ketika elektron dan positron bertumbukan, keduanya akan memusnahkan satu sama lainnya, menghasilkan dua atau lebih sinar foton gama. Jika elektron dan positronnya memiliki momentum yang dapat diabaikan, atom positronium dapat terbentuk sebelum pemusnahan, menghasilkan dua atau tiga foton sinar gama berenergi sebesar 1,022 MeV. Di sisi lain, foton berenergi tinggi dapat berubah menjadi elektron dan positron kembali dalam suatu proses yang dinamakan produksi pasangan, namun hanya terjadi dengan keberadaan partikel bermuatan di dekatnya, seperti inti atom.

Atom dan molekul


Animasi yang menunjukkan bagaimana dua atom oksigen berinteraksi membentuk molekul oksigen (O2). Awan merah yang berpendar mewakili orbital elektron tiap-tiap atom. Orbital atom 2s dan 2p atom oksigen awal dapat terlihat bergabung menjadi orbital sigma dan orbital pi, menjadikan atom terikat bersama. Orbital 1s tidak bergabung dan dapat terlihat sebagai dua bulatan kecil yang terpisah
Elektron dapat terikat pada inti atom melalui gaya tarik menarik Coulomb. Suatu sistem berelektron banyak yang terikat pada inti atom disebut sebagai atom. Jika jumlah elektron berbeda dari muatan listrik inti, atom tersebut dinamakan sebagai ion. Perilaku elektron terikat yang seperti gelombang dideskripsikan menggunakan fungsi matematika yang disebut orbital atom. Tiap-tiap orbital atom memiliki satu set bilangan kuantumnya sendiri, yaitu energi, momentum sudut, dan proyeksi momentum sudut. Menurut asas pengecualian Pauli, tiap orbital hanya dapat diduduki oleh dua elektron, yang harus berbeda dalam bilangan kuantum spinnya.
Elektron dapat berpindah dari satu orbtial ke orbital lainnya melalui emisi ataupun absorpsi foton yang energinya sesuai dengan perbedaan potensial antar orbital. Metode perpindahan orbital lainnya meliputi pertumbukan dengan partikel elektron lain dan efek Auger. Agar dapat melepaskan diri dari atom, energi elektron haruslah ditingkatkan melebihi energi pengikatannya. Ini terjadi pada efek fotolistrik, di mana foton yang berenergi lebih tinggi dari energi ionisasi atom diserap oleh elektron.
Momentum sudut orbital elektron terkuantisasi. Oleh karena elektron bermuatan, ia menghasilkan momen magnetik orbital yang proposional terhadap momentum sudut. Keseluruhan momen magnetik sebuah atom adalah setera dengan jumlah vektor momen magnetik orbital dan momen magnetik spin keseluruhan elektron dan inti atom. Namun, momen magnetik inti sangatlah kecil dan dapat diabaikan jika dibandingkan dengan elektron. Momen magnetik dari dua elektron yang menduduki orbital yang sama (disebut elektron berpasangan) akan saling meniadakan.
Ikatan kimia antar atom terjadi sebagai akibat dari interaksi elektromagnetik, sebagaimana yang dijelaskan oleh hukum mekanika kuantum. Ikatan yang terkuat terbentuk melalui perkongsian elektron maupun transfer elektron di antara atom-atom, mengijinkan terbentuknya molekul. Dalam molekul, pegerakan elektron dipengaruhi oleh beberapa inti atom dan elektron menduduki orbital molekul, sama halnya dengan elektron yang menduduki orbital atom pada atom bebas. Faktor mendasar pada struktur molekul adalah keberadaan pasangan elektron. Kedua elektron yang berpasangan memiliki spin yang berlawanan, mengijinkan keduanya menduduki orbital molekul yang sama tanpa melanggar asas pengecualian Pauli. Orbital-orbital molekul yang berbeda memiliki distribusi spasial rapatan elektron yang berbeda pula. Sebagai contohnya, pada elektron berpasangan yang terlibat dalam ikatan, elektron dapat ditemukan dengan probabilitas yang tinggi disekitar daerah inti atom tertentu yang sempit, manakala pada elektron berpasangan yang tidak terlibat dalam ikatan, ia dapat terdistribusi pada ruang yang luas di sekitar inti atom.

Konduktivitas


Petir utamanya terdiri dari aliran elektron. Potensial listrik yang diperlukan untuk menghasilkan petir dapat dihasilkan melalui efek tribolistrik.
Jika sebuah benda memiliki elektron yang berlebih atau kurang dari yang diperlukan untuk menyeimbangkan muatan inti atom yang positif, benda tersebut akan memiliki muatan listrik. Ketika terdapat elektron berlebih, benda tersebut dikatakan bermuatan negatif. Apabila terdapat elektron yang kurang dari jumlah proton dalam inti atom, benda tersebut dikatakan bermuatan positif. Ketika jumlah elektron dan jumlah proton adalah sama, muatan keduanya meniadakan satu sama lainnya dan benda tersebut dikatakan bermuatan netral. Benda makro dapat menjadi bermuatan listrik melalui penggosokan dan menghasilkan efek tribolistrik.
Elektron tunggal yang bergerak dalam vakum diistilahkan sebagai elektron bebas. Elektron-elektron dalam logam juga berperilaku seolah-olah bebas. Dalam kenyataannya, partikel yang umumnya diistilahkan elektron dalam logam dan padatan lainnya merupakan kuasi-elektron-kuasi-partikel, yang memiliki muatan listrik, spin, dan momen magnetik yang sama dengan elektron asli, namun bermassa berbeda. Ketika elektron bebas bergerak dalam vakum ataupun dalam logam, ia akan menghasilkan aliran muatan yang disebut sebagai arus listrik. Arus listrik ini kemudian akan menghasilkan medan magnetik. Sebaliknya, arus dapat diciptakan pula dengan mengubah medan magnetik. Interaksi ini diekspresikan secara matematis menggunakan persamaan Maxwell.
Pada temperatur tertentu, tiap-tiap material memiliki konduktivitas listrik yang menentukan nilai arus listriknya ketika potensial listrik dialirkan kepadanya. Contoh benda yang memiliki konduktivitas listrik yang baik (disebut konduktor) misalnya emas dan tembaga, sedangkan gelas dan teflon adalah konduktor yang buruk. Dalam material dielektrik, elektron tetap terikat pada atom penyusunnya dan material tersebut berperilaku seperti insulator. Seblaiknya logam memiliki struktur pita elektronik yang mengandung pita elektronik yang terisi sebagian. Keberadaan pita tersebut mengijinkan elektron dalam logam berperilaku seolah-olah bebas (elektron terdelokalisasi). Elektron yang terdelokalisasi ini tidak terikat pada atom apapun, sehingga ketika dialiri medan listrik, elektron tersebut akan bergerak bebas seperti gas (gas fermi) melalui material tersebut seperti elektron bebas.
Oleh karena tumbukan antara elektron dengan atom, kecepatan hanyatan elektron dalam konduktor memiliki kisaran milimeter per detik. Namun, kecepatan rambatan elektron biasanya adalah sekitar 75% kecepatan cahaya. This occurs because electrical signals propagate as a wave, with the velocity dependent on the dielectric constant of the material.
Logam merupakan konduktor panas yang baik, utamanya disebabkan oleh elektron terdelokalisasi yang bebas untuk mentranspor energi termal antar atom. Namun, berbeda dengan konduktivitas listrik, konduktivitas termal logam hampir tidak tergantung pada suhu. Konduktivitas termal diekspresikan secara matematis menurut hukum Wiedemann-Franz, yang menyatakan bahwa rasio konduktivitas termal terhadap konduktivitas listrik berbanding lurus terhadap temperatur. Kebalauan termal dalam kisi logam meningkatkan resistivitas listrik material, sehingganya membuat arus listrik tergantung pada temperatur.
Ketika didinginkan di bawah temperatur kritis, material dapat mengalami transisi fase yang menyebabkannya kehilangan semua resistivitas arus listrik. Hal ini dinamakan superkonduktivitas. Dalam teori BCS, perilaku ini dimodelkan oleh pasangan elektron yang memasuki keadaan kuantum kondensat Bose-Einstein. Pasangan Cooper ini memiliki gerakan yang dikopling oleh materi sekitar via getaran kekisi yang disebut fonon, sehingga elektron dapat menghindari tumbukan dengan atom-atom material yang menciptakan hambatan listrik.(Pasangan Cooper memiliki jari-jari sekitar 100 nm, sehingga dapat bertumpang tindih satu sama lain.) Walaupun begitu, mekanisme mengenai bagaimana superkonduktor temperatur tinggi bekerja masih belumlah terpecahkan.
Elektron yang berada dalam padatan konduktor, yang sendirinya juga merupakan kuasipartikel, ketika dikungkung secara ketat pada temperatur yang mendekati nol absolut, akan berperilaku seolah-olah terbelah lebih jauh menjadi dua kuasipartikel: spinon dan holon. Spinon memiliki spin dan momen magnetik, sedangkan holon memiliki muatan listrik.

Gerak dan energi

Menurut teori relativitas khusus Einstein, seiring dengan bertambahnya kecepatan elektron mendekati kecepatan cahaya, massa relativitas elektron akan meningkat menurut pemantau, sehingga membuatnya semakin sulit mempercepat diri dari kerangka acuan pemantau. Kecepatan elektron dapat mendekati, tetapi tidak dapat mencapai, kecepatan cahaya dalam vakum senilai c. Namun, ketika elektron yang bergerak mendekati kecepatan cahaya c dimasukkan ke dalam media dielektrik seperti air, kecepatan cahaya lokal secara signifikan kurang dari c, sehingganya elektron bergerak melebihi kecepatan cahaya dalam medium tersebut. Ketika elektron berinteraksi dengan medium tersebut, interaksi ini akan menghasilkan pendaran cahaya yang dinamakan radiasi Cherenkov.

Faktor Lorentz sebagai fungsi kecepatan. Ia bermula dari nilai 1 dan menuju ketakterhinggaan seiring dengan v mendekati c.
Efek relativitas khusus ini didasarkan pada faktor Lorentz, didefinisikan sebagai \scriptstyle\gamma=1/ \sqrt{ 1-{v^2}/{c^2} } dengan v adalah kecepatan partikel. Energi kinetik Ke sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan v adalah:
\displaystyle K_e = (\gamma - 1)m_e c^2,
dengan me adalah massa elektron. Sebagai contohnya, pemercepat linear Stanford dapat mempercepat elektron mencapai 51 GeV. Angka memiliki nilai γ sebesar hampir 100.000, karena massa sebuah elektron adalah 0,51 MeV/c2. Momentum relativistik elektron ini 100.000 kali lebih besar daripada momentum yang diprediksikan oleh mekanika klasik untuk sebuah elektron yang bergerak dengan kecepatan yang sama.[cat 8]
Oleh karena elektron dapat berperilaku seperti gelombang, ia akan memiliki karakteristik panjang gelombang de Broglie. Nilai ini adalah λe = h/p dengan h adalah konstanta Planck dan p adalah momentum. Untuk 51 GeV elektron di atas, panjang gelombangnya adalah sekitar 2,4 × 10-17 m. Nilai ini cukup kecil untuk menjelajahi struktur yang lebih kecil dari inti atom.

Pembentukan


Produksi pasangan yang disebabkan oleh tumbukan foton dengan inti atom
Teori Big Bang merupakan teori ilmiah yang paling luas diterima sebagai penjelasan atas berbagai tahapan awal evolusi alam semesta. Beberapa milisekon setelah Big Bang, temperatur alam semesta lebih dari 10 milyar kelvin dan foton memiliki energi rata-rata lebih dari satu juta elektronvolt. Foton ini memiliki energi yang cukup sehingganya dapat bereaksi satu sama lainnya membentuk pasangan elektron dan positron,
\gamma + \gamma \leftrightharpoons \mathrm e^{+} + \mathrm e^{-},
dengan γ adalah foton, e+ adalah positron, dan e adalah elektron. Sebaliknya pula, positron-elektron memusnahkan satu sama lainnya dan memancarkan foton berenergi tinggi. Kesetimbangan antara elektron, positron, dan foton terjada semasa fase evolusi alam semesta ini. Setelah 15 detik, temperatur alam semesta turun di bawah ambang batas yang mengijinkan pembentukan positron-elektron. Elektron dan postron yang tersisa memusnahkan satu sama lain, melepaskan radiasi gama yang memanaskan kemabli alam semesta dalam waktu singkat.
Semasa proses leptogenesis, terdapat jumlah elektron yang lebih banyak daripada positron. Sampai sekarang, masihlah belum jelas mengapa elektron dapat berjumlah lebih banyak daripada positron. Sekitar satu dari satu milyar elektron lolos dari proses pemusnahan. Kelebihan jumlah proton dibandingkan antiproton juga terjadi dalam kondisi asimetri barion, menyebabkan muatan total alam semesta menjadi nol. Proton dan neutron yang tidak musnah kemudian mulai berpartisipasi dalam reaksi nukleosintesis, membentuk isotop hidrogen dan helium, serta sekelumit litium. Proses ini mencapai puncaknya setelah lima menit. Neutron yang tersisa kemudian menjalani peluruhan beta negatif dengan umur paruh sekitar seribu detik, melepaskan proton dan elektron dalam prosesnya,
\mathrm n \Rightarrow \mathrm p + \mathrm e^{-} + \bar{\mathrm \nu}_\mathrm e,
dengan n adalah neutron, p adalah proton dan νe adalah antineutrino elektron. Selama 300.000-400.000 tahun ke depan, energi elektron yang berlebih masih sangat kuat sehingganya tidak berikatan dengan inti atom. Setelah itu, periode rekombinasi terjadi, di mana atom netral mulai terbentuk dan alam semesta yang mengembang menjadi transparan terhadap radiasi.
Kira-kira satu juta tahun setelah big bang, generasi bintang pertama mulai terbentuk. Dalam bintang, nukleosintesis bintang mengakibatkan pembentukan positrn dari fusi inti atom. Partikel antimateri ini dengan segera memusnahkan elektron dan melepaskan sinar gama. Oleh sebab itu, terjadi penurunan jumlah elektron yang diikuti dengan peningkatan jumlah neutron dengan kuantitas yang sama. Walau demikian, proses evolusi bintang dapat pula mengakibatkan sintesis isotop-isotop radioaktif. Beberapa isotop tersebut kemudian dapat menjalani peluruhan beta negatif dan memancarkan elektron dan antineutrino dari inti atom.Salah satu contohnya adalah isotop kobalt-60 (60Co) yang meluruh menjadi nikel-60 (60Ni).

Hujanan partikel-partikel yang dihasilkan oleh tembakan sinar kosmis ke atmosfer Bumi
Pada akhir masa kehidupannya, bintang yang bermassa lebih dari 20 massa surya dapat menjalani keruntuhan gravitasi dan membentuk lubang hitam. Menurut fisika klasik, objek luar angkasa yang sangat berat ini menghasilkan gaya tarik gravitasi yang sangat besar sehingganya tiada benda apapun, termasuk radiasi elektromagnetik, yang dapat lolos dari jari-jari Schwarzschild. Namun, dipercayai bahwa efek mekanika kuantum mengijinkan radiasi Hawking dipancarkan pada jarak ini. Elektron (dan positron) diperkirakan diciptakan di horizon persitiwa lubang hitam.
Ketika pasangan-pasangan partikel maya (seperti elektron dan positron) tercipta disekitar horizon peristiwa, distribusi spasial acak partikel-partikel ini mengijinkan salah satu partikel muncul pada bagian eksterior; proses ini disebut sebagai penerowongan kuantum. Potensial gravitasional lubang hitam kemudian dapat menyuplai energi yang mengubah partikel maya menjadi partikel nyata, mengijinkannya beradiasi keluar menuju luar angkasa. Sebagai gantinya, pasangan lainnya akan mendapatkan energi negatif, yang menyebabkan penurunan massa-energi lubang hitam. Laju radiasi Hawking meningkat seiring dengan menurunnya massa, pada akhirnya akan menyebabkan lubang hitam "menguap" sampai akhirnya meledak.[
Sinar kosmis adalah partikel-partikel yang bergerak di luar angkasa dengan energi yang tinggi. Energi sebesar 3,0 × 1020 eV telah tercatat. Ketika partikel-partikel ini bertumbukan dengan nukleon di atmosfer Bumi, hujanan partikel-partikel dihasilkan, termasuk pula pionLebih dari setengah radiasi kosmis yang terpantau dari permukaan Bumi terdiri dari muon. Partikel ini merupakan sejenis lepton yang dihasilkan di atmosfer bagian atas melalui peluruhan pion. Muon, pada gilirannya, dapat meluruh menjadi elektron maupun positron. Oleh karena itu, untuk pion bermuatan negatif π,[134]
\displaystyle \mathrm \pi^{-} \rightarrow \mathrm \mu^{-} + \bar{\mathrm \nu_{\mathrm \mu}},
\displaystyle \mathrm \mu^{-} \rightarrow \mathrm e^{-} + \bar{\mathrm \nu}_\mathrm e +\mathrm \nu_{\mathrm \mu},
dengan μ adalah muon dan νμ adalah neutrino muon.

Pengamatan


Kebanyakan aurora disebabkan oleh elektron energetik yang mengendap ke dalam atmosfer.
Pengamatan elektron dari jauh memerlukan alat yang mampa mendeteksi energi radiasi elektron tersebut. Sebagai contohnya, dalam lingkungan berenergi tinggi seperti korona bintang, elektron bebas yang berbentuk plasma meradiasikan energinya oleh karena Bremsstrahlung. Gas elektron dapat menjalani osilasi plasma, yang merupakan gelombang yang disebabkan oleh variasi pada rapatan elektron yang sinkron. Hal ini kemudian menghasilkan emisi energi yang dapat dideteksi menggunakan teleskop radio.
Frekuensi sebuah foton berbanding lurus dengan energinya. Elektron yang terikat pada inti atom dengan aras energi tertentu akan menyerap ataupun memancarkan foton pada frekuensi aras energi tersebut. Contohnya, ketika atom diiradiasi oleh sumber energi berspektrum lebar, garis-garis absorpsi tertentu akan muncul pada spektrum radiasi yang ditransmisikan. Tiap-tiap unsur ataupun molekul yang berbeda akan menampakkan garis-garis spektrum yang berbeda-beda pula. Pengukuran spektroskopi terhadap kekuatan dan lebar garis-garis spektrum ini mengijinkan komposisi kimia dan sifat fisika suatu zat ditentukan.
Dalam laboratorium, interaksi elektron individu dapat dipantau menggunakan detektor partikel, yang mengijinkan pengukuran sifat-sifat fisika elektron seperti energi, spin, dan muatannya. Dikembangkannya perangkap Paul dan perangkap Penning mengijinkan partikel bermuatan diperangkap ke dalam suatu daerah tertentu untuk masa yang lama. Hal ini mengijinkan pengukuran yang cermat mengenai sifat dan ciri partikel. Dalam satu percobaan, perangkap Penning dapat memerangkap satu elektron tunggal dalam periode waktu 10 bulan. Momen magnetik elektron yang telah diukur, telah mencapai presisi pengukuran hingga 11 digit. Pada saat itu (1980), pengukuran ini lebih akurat daripada pengukuran konstanta fisika lainnya.
Gambar video pertama yang memperlihatkan distribusi energi elektron direkam oleh sekelompok ilmuwan di Universitas Lund Swedia pada Februari 2008. Para ilmuwan ini menggunakan kilatan cahaya yang sangat pendek, disebut sebagai pulsa attosekon (10-18), mengijinkan gerak elektron dipantau untuk pertama kalinya.
Distribusi elektron dalam material padat dapat divisualisasikan menggunakan ARPES (angle resolved photoemission spectroscopy). Teknik ini menggunakan efek fotolistrik untuk mengukur ruang timbal-balik, yaitu suatu representasi struktur periodik yang digunakan untuk menduga struktur awal material. ARPES dapat digunakan untuk menentukan arah, kecepatan, dan sebaran elektron dalam material.

Aplikasi

Berkas partikel


Semasa uji terowongan angin NASA, sebuah model Pesawat ulang-alik ditembakkan hujan elektron untuk mensimulasikan efek gas pengion sewaktu memasuki bumi.
Berkas elektron digunakan dalam proses pengelasan, yang mengijinkan rapatan energi sampai sebesar 107 W·cm−2 diterapkan pada sasaran sempit berdiameter 0,1–1,3 mm dan biasanya tidak memerlukan bahan isi. Teknik pengelasan ini harus dilakukan dalam kondisi vakum, sehingga berkas elektron tidak berinteraksi dengan gas sebelum mencapai target. Tekni ini dapat digunakan untuk menyatukan bahan-bahan konduktif yang tidak cocok dilas menggunakan teknik pengelasan biasa.
Litografi berkas elektron (EBL) merupakan suatu metode pengetsaan semikonduktor dengan resolusi lebih kecil dari satu mikron. Teknik ini berbiaya tinggi, lambat, dan perlu dioperasikan secara vakum dan cenderung mengakibatkan sebaran elektron pada padatan. Oleh karena sebaran ini, resolusinya terbatas pada 10 nm. Oleh karenanya, EBL utamanya digunakan pada produksi sejumlah kecil sirkuit terpadu yang terspesialisasi.
Pemrosesan berkas elektron digunakan untuk mengiradiasi material agar sifat-sifat fisikanya berubah ataupun untuk tujuan sterilisasi produk makanan dan medis. Dalam terapi radiasi berkas elektron dihasilkan oleh pemercepat liner untuk pengobatan tumor superfisial. Oleh karena berkas elektron hanya menembus kedalaman yang terbatas sebelum diserap, biasanya sampai dengan 5 cm untuk elektron berenergi 5–20 MeV, terapi elektron berguna untuk mengobati lesi kulit seperti karsinoma sel basal. Berkas elektron dapat digunakan untuk mensuplemen perawatan daerah-daerah yang telah diiradiasi oleh sinar-X.[151][152]
Pemercepat partikel menggunakan medan listrik untuk membelokkan elektron dan antipartikelnya mencapai energi tinggi. Oleh karena partikel ini bergerak melalui medan magentik, ia memancarkan radiasi sinkotron. Intensitas radiasi ini bergantung pada spin, yang menyebabkan polarisasi berkas elektron (dikenal sebagai efek Sokolov-Ternov). Berkas elektron yang terpolarisasi ini dapat digunakan dalam berbagai eksperimen. Radiasi sinkotron juga dapat digunakan untuk pendinginan berkas elektron, yang menurunkan sebaran momentum partikel. Seketika partikel telah dipercepat sampai pada energi yang ditentukan, elektron dan positron ditumbukkan. Emisi energi yang dihasilkan oleh tumbukan tersebut dipantau menggunakan detektor partikel dan dipelajari dalam fisika partikel.

Pencitraan

Difraksi elektron berenergi rendah (Low-energy electron diffraction) adalah suatu metode penghujanan bahan-bahan kristalin dengan berkas kolimasi elektron untuk kemudian dipantau pola-pola difraksi yang dihasilkan untuk menentukan struktur material tersebut. Energi yang diperlukan pada umumnya berkisar antara 20–200 eV.Difraksi elektron berenergi tinggi refleksi (reflection high energy electron diffraction) adalah teknik yang menggunakan refleksi berkas elektron yang ditembakkan pada berbagai sudut rendah untuk mengkarakterisasikan permukaan material kritsalin. Energi berkas biasanya berkisar antara 8–20 keV dan sudut tembakan adalah 1–4°.
Mikroskop elektron mengarahkan berkas elektron yang difokuskan kepada suatu spesimen. Seketika berkas berinteraksi dengan spesimen, beberapa elektron berubah sifatnya, misalnya pada arah pergerakan, sudut, energi, dan fase relatif elektron. Dengan mencatat perubahan pada berkas elektron, para ilmuwan dapat menghasilkan citra material yang diperbesar tersebut.


Referensi

  1. ^ a b c d Dahl (1997:122–185).
  2. ^ a b Eichten, Estia J. (1983). "New Tests for Quark and Lepton Substructure". Physical Review Letters 50 (11): 811–814. DOI:10.1103/PhysRevLett.50.811.
  3. ^ a b CODATA value: proton-electron mass ratio. National Institute of Standards and Technology. Diakses pada 18 Juli 2009.
  4. ^ a b c d Curtis, Lorenzo J. (2003). Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach. Cambridge University Press. hlm. 74. ISBN 0521536359. http://books.google.com/books?id=KmwCsuvxClAC&pg=PA74. 
  5. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. hlm. 236–237. ISBN 0691135126. http://books.google.com/books?id=rDEvQZhpltEC&pg=PA236. 
  6. ^ a b Arabatzis, Theodore (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. hlm. 70–74. ISBN 0226024210. http://books.google.com/books?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70. 
  7. ^ a b Wilson, Robert (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. hlm. 138. ISBN 0748407480. http://books.google.com/books?id=AoiJ3hA8bQ8C&pg=PA138. 
  8. ^ a b Pauling, Linus C. (1960). The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry (edisi ke-3rd). Cornell University Press. hlm. 4–10. ISBN 0801403332. http://books.google.co.uk/books?id=L-1K9HmKmUUC. 
  9. ^ Shipley, Joseph T. (1945). Dictionary of Word Origins. The Philosophical Library. hlm. 133. 
  10. ^ Baigrie, Brian (2006). Electricity and Magnetism: A Historical Perspective. Greenwood Press. hlm. 7–8. ISBN 0-3133-3358-0. http://books.google.com/books?id=3XEc5xkWxi4C&pg=PA7. 
  11. ^ Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s. Wiley. ISBN 0-780-31193-0. http://books.google.com/books?id=uwgNAtqSHuQC&pg=PA207. 
  12. ^ Benjamin Franklin (1706–1790). Science World, from Eric Weisstein's World of Scientific Biography.
  13. ^ The Encyclopedia Americana; a library of universal knowledge. (1918). New York: Encyclopedia Americana Corp.
  14. ^ Farrar, Wilfred V. (1969). "Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter". Annals of Science 25: 243–254. DOI:10.1080/00033796900200141.
  15. ^ Barrow, John D. (1983). "Natural Units Before Planck". Royal Astronomical Society Quarterly Journal 24: 24–26.
  16. ^ Stoney, George Johnstone (1894). "Of the "Electron," or Atom of Electricity". Philosophical Magazine 38 (5): 418–420.
  17. ^ Soukhanov, Anne H. ed. (1986). Word Mysteries & Histories. Houghton Mifflin Company. hlm. 73. ISBN 0-395-40265-4. 
  18. ^ Guralnik, David B. ed. (1970). Webster's New World Dictionary. Prentice-Hall. hlm. 450. 
  19. ^ Born, Max; Blin-Stoyle, Roger John; Radcliffe, J. M. (1989). Atomic Physics. Courier Dover. hlm. 26. ISBN 0486659844. http://books.google.com/books?id=NmM-KujxMtoC&pg=PA26. 
  20. ^ Dahl (1997:55–58).
  21. ^ DeKosky, Robert (1983). "William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s". Annals of Science 40 (1): 1–18. DOI:10.1080/00033798300200101.
  22. ^ a b c Leicester, Henry M. (1971). The Historical Background of Chemistry. Courier Dover Publications. hlm. 221–222. ISBN 0486610535. http://books.google.com/books?id=aJZVQnqcwv4C&pg=PA221. 
  23. ^ Dahl (1997:64–78).
  24. ^ Zeeman, Pieter (1907). "Sir William Crookes, F.R.S.". Nature 77 (1984): 1–3. DOI:10.1038/077001a0.
  25. ^ Dahl (1997:99).
  26. ^ Thomson, J. J. (1906). Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity. The Nobel Foundation. Diakses pada 25 Agustus 2008.
  27. ^ Trenn, Thaddeus J. (1976). "Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays". Isis 67 (1): 61–75. DOI:10.1086/351545. Templat:JSTOR.
  28. ^ Becquerel, Henri (1900). "Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique". Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 130: 809–815. (Perancis)
  29. ^ Buchwald and Warwick (2001:90–91).
  30. ^ Myers, William G. (1976). "Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896". Journal of Nuclear Medicine 17 (7): 579–582.
  31. ^ Kikoin, Isaak K. (1961). "Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)". Soviet Physics Uspekhi 3: 798–809. DOI:10.1070/PU1961v003n05ABEH005812. Original publication in Russian: Кикоин, И.К. (1960). "Академик А.Ф. Иоффе". Успехи Физических Наук 72 (10): 303–321.
  32. ^ Millikan, Robert A. (1911). "The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law". Physical Review 32 (2): 349–397. DOI:10.1103/PhysRevSeriesI.32.349.
  33. ^ Das Gupta, N. N. (1999). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics 18: 225–290. DOI:10.1103/RevModPhys.18.225.
  34. ^ a b c Smirnov, Boris M. (2003). Physics of Atoms and Ions. Springer. hlm. 14–21. ISBN 038795550X. http://books.google.com/books?id=I1O8WYOcUscC&pg=PA14. 
  35. ^ Bohr, Niels (1922). Nobel Lecture: The Structure of the Atom. The Nobel Foundation. Diakses pada 3 Desember 2008.
  36. ^ Lewis, Gilbert N. (1916). "The Atom and the Molecule". Journal of the American Chemical Society 38 (4): 762–786. DOI:10.1021/ja02261a002.
  37. ^ a b Arabatzis, Theodore (1997). "The chemists' electron". European Journal of Physics 18: 150–163. DOI:10.1088/0143-0807/18/3/005.
  38. ^ Langmuir, Irving (1919). "The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules". Journal of the American Chemical Society 41 (6): 868–934. DOI:10.1021/ja02227a002.
  39. ^ Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle. Cambridge University Press. hlm. 7–8. ISBN 0521839114. http://books.google.com/books?id=YS91Gsbd13cC&pg=PA7. 
  40. ^ Uhlenbeck, G. E. (1925). "Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons". Die Naturwissenschaften 13 (47). (Jerman)
  41. ^ Pauli, Wolfgang (1923). "Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes". Zeitschrift für Physik 16 (1): 155–164. DOI:10.1007/BF01327386. (Jerman)
  42. ^ a b de Broglie, Louis (1929). Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron. The Nobel Foundation. Diakses pada 30 Agustus 2008.
  43. ^ Falkenburg, Brigitte (2007). Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality. Springer. hlm. 85. ISBN 3540337318. http://books.google.com/books?id=EbOz5I9RNrYC&pg=PA85. 
  44. ^ Davisson, Clinton (1937). Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves. The Nobel Foundation. Diakses pada 30 Agustus 2008.
  45. ^ Schrödinger, Erwin (1926). "Quantisierung als Eigenwertproblem". Annalen der Physik 385 (13): 437–490. DOI:10.1002/andp.19263851302. (Jerman)
  46. ^ Reed, Bruce Cameron (2007). Quantum Mechanics. Jones & Bartlett Publishers. hlm. 275–350. ISBN 0763744514. http://books.google.com/books?id=4sluccbpwjsC&pg=PA275. 
  47. ^ Dirac, Paul A. M. (1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proceedings of the Royal Society of London A 117 (778): 610–624. DOI:10.1098/rspa.1928.0023.
  48. ^ Dirac, Paul A. M. (1933). Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons. The Nobel Foundation. Diakses pada 1 November 2008.
  49. ^ Kragh, Helge (2002). Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century. Princeton University Press. hlm. 132. ISBN 0691095523. http://books.google.com/books?id=ELrFDIldlawC&pg=PA132. 
  50. ^ Gaynor, Frank (1950). Concise Encyclopedia of Atomic Energy. The Philosophical Library. hlm. 117. 
  51. ^ The Nobel Prize in Physics 1965. The Nobel Foundation. Diakses pada 4 November 2008.
  52. ^ Panofsky, Wolfgang K. H. (1997). The Evolution of Particle Accelerators & Colliders. Stanford University. Diakses pada 15 September 2008.
  53. ^ Elder, F. R. (1947). "Radiation from Electrons in a Synchrotron". Physical Review 71 (11): 829–830. DOI:10.1103/PhysRev.71.829.5.
  54. ^ Hoddeson, Lillian; Brown, Laurie; Riordan, Michael; Dresden, Max (1997). The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s. Cambridge University Press. hlm. 25–26. ISBN 0521578167. 
  55. ^ Bernardini, Carlo (2004). "AdA: The First Electron–Positron Collider". Physics in Perspective 6 (2): 156–183. DOI:10.1007/s00016-003-0202-y.
  56. ^ (2008). Testing the Standard Model: The LEP experiments. CERN. Diakses pada 15 September 2008.
  57. ^ (2000). "LEP reaps a final harvest". CERN Courier Diakses pada 1 November 2008.
  58. ^ Frampton, Paul H. (2000). "Quarks and Leptons Beyond the Third Generation". Physics Reports 330: 263–348. DOI:10.1016/S0370-1573(99)00095-2.
  59. ^ a b c Raith, Wilhelm; Mulvey, Thomas (2001). Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles. CRC Press. hlm. 777–781. ISBN 0849312027. 
  60. ^ a b c d e f g h The original source for CODATA is:
    Mohr, Peter J. (2006-06-06). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics 80: 633–730. DOI:10.1103/RevModPhys.80.633.
    Individual physical constants from the CODATA are available at:
    The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty. National Institute of Standards and Technology. Diakses pada 15 Januari 2009.





  61. ^ Zombeck, Martin V. (2007). Handbook of Space Astronomy and Astrophysics (edisi ke-3rd). Cambridge University Press. hlm. 14. ISBN 0521782422. http://books.google.com/books?id=tp_G85jm6IAC&pg=PA14. 





  62. ^ Murphy, Michael T. (2008-06-20). "Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe". Science 320 (5883): 1611–1613. DOI:10.1126/science.1156352 Diakses pada 3 September 2008.





  63. ^ Zorn, Jens C. (1963). "Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron". Physical Review 129 (6): 2566–2576. DOI:10.1103/PhysRev.129.2566.





  64. ^ a b Odom, B. (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Physical Review Letters 97: 030801(1–4). DOI:10.1103/PhysRevLett.97.030801.





  65. ^ Anastopoulos, Charis (2008). Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics. Princeton University Press. hlm. 261–262. ISBN 0691135126. http://books.google.com/books?id=rDEvQZhpltEC&pg=PA261. 





  66. ^ Gabrielse, G. (2006). "New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron g Value and QED". Physical Review Letters 97: 030802(1–4). DOI:10.1103/PhysRevLett.97.030802.





  67. ^ Dehmelt, Hans (1988). "A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius". Physica Scripta T22: 102–110. DOI:10.1088/0031-8949/1988/T22/016.





  68. ^ Meschede, Dieter (2004). Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics. Wiley-VCH. hlm. 168. ISBN 3527403647. http://books.google.com/books?id=PLISLfBLcmgC&pg=PA168. 





  69. ^ Steinberg, R. I. (1999). "Experimental test of charge conservation and the stability of the electron". Physical Review D 61 (2): 2582–2586. DOI:10.1103/PhysRevD.12.2582.





  70. ^ Yao, W.-M. (2006). "Review of Particle Physics". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 33 (1): 77–115. DOI:10.1088/0954-3899/33/1/001.





  71. ^ a b Munowitz, Michael (2005). Knowing, The Nature of Physical Law. Oxford University Press. hlm. 162–218. ISBN 0195167376. http://books.google.com/books?id=IjVtDc85CYwC&pg=PA162. 





  72. ^ Kane, Gordon Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?. Scientific American. Diakses pada 19 September 2008.





  73. ^ Taylor, John (1989). Davies, Paul. ed. The New Physics. Cambridge University Press. hlm. 464. ISBN 0521438314. http://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA464. 





  74. ^ a b Genz, Henning (2001). Nothingness: The Science of Empty Space. Da Capo Press. hlm. 241–243, 245–247. ISBN 0738206105. 





  75. ^ Gribbin, John, "More to electrons than meets the eye", New Scientist, 25 Januari 1997. Diakses pada 17 September 2008.





  76. ^ Levine, I. (1997). "Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer". Physical Review Letters 78: 424–427. DOI:10.1103/PhysRevLett.78.424.





  77. ^ Murayama, Hitoshi (March 10–17, 2006). "Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic". Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories. Templat:Arxiv. Diakses pada 2008-09-30. —lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the Planck distance.





  78. ^ Schwinger, Julian (1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Physical Review 73 (4): 416–417. DOI:10.1103/PhysRev.73.416.





  79. ^ Huang, Kerson (2007). Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields. World Scientific. hlm. 123–125. ISBN 9812706453. http://books.google.com/books?id=q-CIFHpHxfEC&pg=PA123. 





  80. ^ Foldy, Leslie L. (1950). "On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit". Physical Review 78: 29–36. DOI:10.1103/PhysRev.78.29.





  81. ^ Sidharth, Burra G. (2008). "Revisiting Zitterbewegung". International Journal of Theoretical Physics 48: 497–506. DOI:10.1007/s10773-008-9825-8. Templat:Arxiv.





  82. ^ Elliott, Robert S. (1978). "The history of electromagnetics as Hertz would have known it". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 36 (5): 806–823. DOI:10.1109/22.3600 Diakses pada 22 September 2008. A subscription required for access.





  83. ^ Munowitz (2005:140).





  84. ^ Munowitz (2005:160).





  85. ^ Mahadevan, Rohan (1996). "Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field". Astrophysical Journal 465: 327–337. DOI:10.1086/177422. Templat:Arxiv Diakses pada 28 September 2008.





  86. ^ Rohrlich, Fritz (1999). "The self-force and radiation reaction". American Journal of Physics 68 (12): 1109–1112. DOI:10.1119/1.1286430.





  87. ^ Georgi, Howard (1989). Davies, Paul. ed. The New Physics. Cambridge University Press. hlm. 427. ISBN 0521438314. http://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA427. 





  88. ^ Blumenthal, George J. (1970). "Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases". Reviews of Modern Physics 42: 237–270. DOI:10.1103/RevModPhys.42.237.





  89. ^ Staff. (2008). The Nobel Prize in Physics 1927. The Nobel Foundation. Diakses pada 28 September 2008.





  90. ^ Chen, Szu-yuan (1998). "Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering". Nature 396: 653–655. DOI:10.1038/25303.





  91. ^ Beringer, Robert (1942). "The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation". Physical Review 61 (5–6): 222–224. DOI:10.1103/PhysRev.61.222.





  92. ^ Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2000). College Physics (edisi ke-4th). Prentice Hall. hlm. 888. ISBN 0130824445. 





  93. ^ Eichler, Jörg (2005-11-14). "Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions". Physics Letters A 347 (1–3): 67–72. DOI:10.1016/j.physleta.2005.06.105.





  94. ^ Hubbell, J. H. (2006). "Electron positron pair production by photons: A historical overview". Radiation Physics and Chemistry 75 (6): 614–623. DOI:10.1016/j.radphyschem.2005.10.008.





  95. ^ Mulliken, Robert S. (1967). "Spectroscopy, Molecular Orbitals, and Chemical Bonding". Science 157 (3784): 13–24. DOI:10.1126/science.157.3784.13.





  96. ^ Burhop, Eric H. S. (1952). The Auger Effect and Other Radiationless Transitions. New York: Cambridge University Press. hlm. 2–3. 





  97. ^ a b Grupen, Claus (June 28 – July 10, 1999). "Physics of Particle Detection". AIP Conference Proceedings, Instrumentation in Elementary Particle Physics, VIII 536: 3–34, Istanbul: Dordrecht, D. Reidel Publishing Company. DOI:10.1063/1.1361756. 





  98. ^ Jiles, David (1998). Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. CRC Press. hlm. 280–287. ISBN 0412798603. http://books.google.com/books?id=axyWXjsdorMC&pg=PA280. 





  99. ^ Löwdin, Per Olov; Erkki Brändas, Erkki; Kryachko, Eugene S. (2003). [http://books.google.com/books?id=8QiR8lCX_qcC&pg=PA393 Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per- Olov Löwdin]. Springer. hlm. 393–394. ISBN 140201290X. http://books.google.com/books?id=8QiR8lCX_qcC&pg=PA393. 





  100. ^ McQuarrie, Donald Allan; Simon, John Douglas (1997). Physical Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books. hlm. 325–361. ISBN 0935702997. http://books.google.com/books?id=f-bje0-DEYUC&pg=PA325. 





  101. ^ Daudel, R. (1973-10-11). "The Electron Pair in Chemistry". Canadian Journal of Chemistry 52: 1310–1320. DOI:10.1139/v74-201 Diakses pada 12 Oktober 2008.





  102. ^ Rakov, Vladimir A.; Uman, Martin A. (2007). Lightning: Physics and Effects. Cambridge University Press. hlm. 4. ISBN 0521035414. http://books.google.com/books?id=TuMa5lAa3RAC&pg=PA4. 





  103. ^ Freeman, Gordon R. (1999). "Triboelectricity and some associated phenomena". Materials science and technology 15 (12): 1454–1458.





  104. ^ Forward, Keith M.; Lacks, Daniel J.; Sankaran, R. Mohan (2009). "Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials". Journal of Electrostatics 67 (2–3): 178–183. DOI:10.1016/j.elstat.2008.12.002.





  105. ^ Weinberg, Steven (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. hlm. 15–16. ISBN 052182351X. http://books.google.com/books?id=tDpwhp2lOKMC&pg=PA15. 





  106. ^ Lou, Liang-fu (2003). Introduction to phonons and electrons. World Scientific. hlm. 162,164. ISBN 9789812384614. http://books.google.com/books?id=XMv-vfsoRF8C&pg=PA162. 





  107. ^ Guru, Bhag S.; Hızıroğlu, Hüseyin R. (2004). Electromagnetic Field Theory. Cambridge University Press. hlm. 138, 276. ISBN 0521830168. http://books.google.com/books?id=b2f8rCngSuAC&pg=PA138. 





  108. ^ a b Ziman, J. M. (2001). Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids. Oxford University Press. hlm. 260. ISBN 0198507798. http://books.google.com/books?id=UtEy63pjngsC&pg=PA260. 





  109. ^ Main, Peter (1993-06-12). "When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise". New Scientist 1887 Diakses pada 9 Oktober 2008.





  110. ^ Blackwell, Glenn R. (2000). The Electronic Packaging Handbook. CRC Press. hlm. 6.39–6.40. ISBN 0849385911. http://books.google.com/books?id=D0PBG53PQlUC&pg=SA6-PA39. 





  111. ^ Durrant, Alan (2000). Quantum Physics of Matter: The Physical World. CRC Press. hlm. http://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43. ISBN 0750307218. 





  112. ^ Staff. (2008). The Nobel Prize in Physics 1972. The Nobel Foundation. Diakses pada 13 Oktober 2008.





  113. ^ Kadin, Alan M. (2007). "Spatial Structure of the Cooper Pair". Journal of Superconductivity and Novel Magnetism 20 (4): 285–292. DOI:10.1007/s10948-006-0198-z. Templat:Arxiv Diakses pada 13 Oktober 2008.





  114. ^ Discovery About Behavior Of Building Block Of Nature Could Lead To Computer Revolution. ScienceDaily.com. Diakses pada 1 Agustus 2009.





  115. ^ Jompol, Yodchay (2009-07-31). "Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid". Science 325 (5940): 597–601. DOI:10.1126/science.1171769 Diakses pada 1 Agustus 2009.





  116. ^ Staff. (2008). The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect. The Nobel Foundation. Diakses pada 25 September 2008.





  117. ^ Staff. Special Relativity. Stanford Linear Accelerator Center. Diakses pada 25 September 2008.





  118. ^ Adams, Steve (2000). Frontiers: Twentieth Century Physics. CRC Press. hlm. 215. ISBN 0748408401. http://books.google.com/books?id=yIsMaQblCisC&pg=PA215. 





  119. ^ Lurquin, Paul F. (2003). The Origins of Life and the Universe. Columbia University Press. hlm. 2. ISBN 0231126557. 





  120. ^ Silk, Joseph (2000). The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe (edisi ke-3rd). Macmillan. hlm. 110–112, 134–137. ISBN 080507256X. 





  121. ^ Christianto, Vic (2007). "Thirty Unsolved Problems in the Physics of Elementary Particles" (PDF). Progress in Physics 4: 112–114 Diakses pada 4 September 2008.





  122. ^ Kolb, Edward W. (1980-04-07). "The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe". Physics Letters B 91 (2): 217–221. DOI:10.1016/0370-2693(80)90435-9.





  123. ^ Sather, Eric The Mystery of Matter Asymmetry. (PDF) Beam Line. University of Stanford. Diakses pada 1 November 2008.





  124. ^ Terjadi kesalahan saat memanggil Templat:cite web: Parameter url dan title harus disebutkan Burles, Scott; Nollett, Kenneth M.; Turner, Michael S. arXiv, University of Chicago. Diakses pada 15 Oktober 2008.





  125. ^ Boesgaard, A. M. (1985). "Big bang nucleosynthesis – Theories and observations". Annual review of astronomy and astrophysics 23 (2): 319–378. DOI:10.1146/annurev.aa.23.090185.001535 Diakses pada 28 Agustus 2008.





  126. ^ a b Barkana, Rennan (2006-08-18). "The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization". Science 313 (5789): 931–934. DOI:10.1126/science.1125644 Diakses pada 1 November 2008.





  127. ^ Burbidge, E. Margaret (1957). "Synthesis of Elements in Stars". Reviews of Modern Physics 29 (4): 548–647. DOI:10.1103/RevModPhys.29.547.





  128. ^ Rodberg, L. S. (1957). "Fall of Parity: Recent Discoveries Related to Symmetry of Laws of Nature". Science 125 (3249): 627–633. DOI:10.1126/science.125.3249.627.





  129. ^ Fryer, Chris L. (1999). "Mass Limits For Black Hole Formation". The Astrophysical Journal 522 (1): 413–418. DOI:10.1086/307647.





  130. ^ Parikh, Maulik K. (2000). "Hawking Radiation As Tunneling". Physical Review Letters 85 (24): 5042–5045. DOI:10.1103/PhysRevLett.85.5042.





  131. ^ Hawking, S. W. (1974-03-01). "Black hole explosions?". Nature 248: 30–31. DOI:10.1038/248030a0.





  132. ^ Halzen, F. (2002). "High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection". Reports on Progress in Physics 66: 1025–1078. DOI:10.1088/0034-4885/65/7/201 Diakses pada 28 Agustus 2008.





  133. ^ Ziegler, James F. "Terrestrial cosmic ray intensities". IBM Journal of Research and Development 42 (1): 117–139. DOI:10.1147/rd.421.0117.





  134. ^ Sutton, Christine, "Muons, pions and other strange particles", New Scientist, 4 Agustus 1990. Diakses pada 28 Agustus 2008.





  135. ^ Wolpert, Stuart, "Scientists solve 30-year-old aurora borealis mystery", University of California, 24 Juli 2008. Diakses pada 11 Oktober 2008.





  136. ^ Gurnett, Donald A. (1976-12-10). "Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts". Science 194 (4270): 1159–1162. DOI:10.1126/science.194.4270.1159.





  137. ^ Martin, W. C.; Wiese, W. L. (2007). Atomic Spectroscopy: A Compendium of Basic Ideas, Notation, Data, and Formulas. National Institute of Standards and Technology. Diakses pada 8 Januari 2007.





  138. ^ Fowles, Grant R. (1989). Introduction to Modern Optics. Courier Dover Publications. hlm. 227–233. ISBN 0486659577. http://books.google.com/books?id=SL1n9TuJ5YMC&pg=PA227. 





  139. ^ Staff. (2008). The Nobel Prize in Physics 1989. The Nobel Foundation. Diakses pada 24 September 2008.





  140. ^ Ekstrom, Philip (1980). "The isolated Electron" (PDF). Scientific American 243 (2): 91–101 Diakses pada 24 September 2008.





  141. ^ Mauritsson, Johan Electron filmed for the first time ever. (PDF) Lunds Universitet. Diakses pada 17 September 2008.





  142. ^ Mauritsson, J. (2008). "Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope" (pdf). Physical Review Letters 100. DOI:10.1103/PhysRevLett.100.073003.





  143. ^ Damascelli, Andrea (2004). "Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES". Physica Scripta T109: 61–74. DOI:10.1238/Physica.Topical.109a00061.





  144. ^ Staff. Image # L-1975-02972. Langley Research Center, NASA. Diakses pada 20 September 2008.





  145. ^ Elmer, John Standardizing the Art of Electron-Beam Welding. Lawrence Livermore National Laboratory. Diakses pada 16 Oktober 2008.





  146. ^ Schultz, Helmut (1993). Electron Beam Welding. Woodhead Publishing. hlm. 2–3. ISBN 1855730502. http://books.google.com/books?id=I0xMo28DwcIC&pg=PA2. 





  147. ^ Benedict, Gary F. (1987). Nontraditional Manufacturing Processes. Manufacturing engineering and materials processing. 19. CRC Press. hlm. 273. ISBN 0824773527. http://books.google.com/books?id=xdmNVSio8jUC&pg=PA273. 





  148. ^ Ozdemir, Faik S. (June 25–27, 1979). "Electron beam lithography". Proceedings of the 16th Conference on Design automation: 383–391, San Diego, CA, USA: IEEE Press. Diakses pada 2008-10-16. 





  149. ^ Madou, Marc J. (2002). Fundamentals of Microfabrication: the Science of Miniaturization (edisi ke-2nd). CRC Press. hlm. 53–54. ISBN 0849308267. http://books.google.com/books?id=9bk3gJeQKBYC&pg=PA53. 





  150. ^ Jongen, Yves; Herer, Arnold (May 2–5, 1996). "Electron Beam Scanning in Industrial Applications". APS/AAPT Joint Meeting, American Physical Society. Diakses pada 2008-10-16. 





  151. ^ Beddar, A. S. (2001). "Mobile linear accelerators for intraoperative radiation therapy". AORN Journal 74. DOI:10.1016/S0001-2092(06)61769-9 Diakses pada 26 Oktober 2008.





  152. ^ Gazda, Michael J.; Coia, Lawrence R. Principles of Radiation Therapy. Cancer Network. Diakses pada 26 Oktober 2008.





  153. ^ Chao, Alexander W.; Tigner, Maury (1999). Handbook of Accelerator Physics and Engineering. World Scientific Publishing Company. hlm. 155, 188. ISBN 9810235003. http://books.google.com/books?id=Z3J4SjftF1YC&pg=PA155. 





  154. ^ Oura, K.; Lifshifts, V. G.; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. (2003). Surface Science: An Introduction. Springer-Verlag. hlm. 1–45. ISBN 3540005455. 





  155. ^ Ichimiya, Ayahiko; Cohen, Philip I. (2004). Reflection High-energy Electron Diffraction. Cambridge University Press. hlm. 1. ISBN 0521453739. http://books.google.com/books?id=AUVbPerNxTcC&pg=PA1. 





  156. ^ Heppell, T. A. (1967). "A combined low energy and reflection high energy electron diffraction apparatus". Journal of Scientific Instruments 44: 686–688. DOI:10.1088/0950-7671/44/9/311.





  157. ^ McMullan, D. (1993). Scanning Electron Microscopy: 1928–1965. University of Cambridge. Diakses pada 23 Maret 2009.




Senjata nuklir


Awan cendawan pengeboman Nagasaki, Jepang, 1945, menjulang sampai 18 km di atas hiposentrum.
Senjata nuklir adalah senjata yang mendapat tenaga dari reaksi nuklir dan mempunyai daya pemusnah yang dahsyat - sebuah bom nuklir mampu memusnahkan sebuah kota. Senjata nuklir telah digunakan hanya dua kali dalam pertempuran - semasa Perang Dunia II oleh Amerika Serikat terhadap kota-kota Jepang, Hiroshima dan Nagasaki.Pada masa itu daya ledak bom nuklir yg dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki sebesar 20 kilo(ribuan) ton TNT. Sedangkan bom nuklir sekarang ini berdaya ledak lebih dari 70 mega(jutaan) ton TNT
Negara pemilik senjata nuklir yang dikonfirmasi adalah Amerika Serikat, Rusia, Britania Raya (Inggris), Perancis, Republik Rakyat Cina, India dan Pakistan. Selain itu, negara Israel dipercayai mempunyai senjata nuklir, walaupun tidak diuji dan Israel enggan mengkonfirmasi apakah memiliki senjata nuklir ataupun tidak. Lihat daftar negara dengan senjata nuklir lebih lanjut.
Bentuk bom nuklir yang dijatuhkan di Hiroshima dan Nagasaki
Senjata nuklir kini dapat dilancarkan melalui berbagai cara, seperti melalui pesawat pengebom, peluru kendali, peluru kendali balistik, dan Peluru kendali balistik jarak benua.

Tipe senjata nuklir

Dua tipe desain dasar
Senjata nuklir mempunyai dua tipe dasar. Tipe pertama menghasilkan energi ledakannya hanya dari process reaksi fisi. Senjata tipe ini secara umum dinamai bom atom (atomic bomb, A-bombs). Energinya hanya diproduksi dari inti atom.
Pada senjata tipe fisi, masa fissile material (uranium yang diperkaya atau plutonium) dirancang mencapai supercritical mass - jumlah massa yang diperlukan untuk membentuk reaksi rantai- dengan menabrakkan sebutir bahan sub-critical terhadap butiran lainnya (the "gun" method), atau dengan memampatkan bulatan bahan sub-critical menggunakan bahan peledak kimia sehingga mencapai tingkat kepadatan beberapa kali lipat dari nilai semula. (the "implosion" method). Metoda yang kedua dianggap lebih canggih dibandingkan yang pertama. Dan juga penggunaan plutonium sebagai bahan fisil hanya bisa di metoda kedua.
Tantangan utama di semua desain senjata nuklir adalah untuk memastikan sebanyak mungkin bahan bakar fisi terkonsumsi sebelum senjata itu hancur. Jumlah energi yang dilepaskan oleh pembelahan bom dapat berkisar dari sekitar satu ton TNT ke sekitar 500.000 ton (500 kilotons) dari TNT.
Tipe kedua memproduksi sebagian besar energinya melalui reaksi fusi nuklir. Senjata jenis ini disebut senjata termonuklir atau bom hidrogen (disingkat sebagai bom-H), karena tipe ini didasari proses fusi nuklir yang menggabungkan isotop-isotop hidrogen (deuterium dan tritium). Meski, semua senjata tipe ini mendapatkan kebanyakan energinya dari proses fisi (termasuk fisi yang dihasilkan karena induksi neutron dari hasil reaksi fusi.) Tidak seperti tipe senjata fisi, senjata fusi tidak memiliki batasan besarnya energy yang dapat dihasilkan dari sebuah sejata termonuklir.
Dasar kerja desain Tellr-Ulam pada bomb hidrogen: sebuah bomb fisi menghasilkan radiasi yang kemudian mengkompresi dan memanasi butiran bahan fusi pada bagian lain.
Senjata termonuklir bisa berfungsi dengan melalui sebuah bomb fisi yang kemudian memampatkan dan memanasi bahan fisi. Pada desain Teller-Ulam, yang mencakup semua senjata termonuklir multi megaton, metoda ini dicapai dengan meletakkan sebuah bomb fisi dan bahan bakar fusi (deuterium atau lithium deuteride) pada jarak berdekatan didalam sebuah wadah khusus yang dapat memantulkan radiasi. Setelah bomb fisi didetonasi, pancaran sinar gamma and sinar X yang dihasilkan memampatkan bahan fusi, yang kemudian memanasinya ke ke suhu termonuklir. Reaksi fusi yang dihasilkan, selanjutnya memproduksi neutron berkecepatan tinggi yang sangat banyak, yang kemudian menimbulkan pembelahan nuklir pada bahan yang biasanya tidak rawan pembelahan, sebagai contoh depleted uranium. Setiap komponen pada design ini disebut "stage" (atau tahap). Tahap pertama pembelahan atom bom adalah primer dan fusi wadah kapsul adalah tahap sekunder. Di dalam bom-bom hidrogen besar, kira-kira separuh dari 'yield' dan sebagian besar nuklir fallout, berasal pada tahapan fisi depleted uranium. Dengan merangkai beberapa tahap-tahap yang berisi bahan bakar fusi yang lebih besar dari tahap sebelumnya, senjata termonuklir bisa mencapai "yield" tak terbatas. Senjata terbesar yang pernah diledakan (the Tsar Bomba dari USSR) merilis energi setara lebih dari 50 juta ton (50 megaton) TNT. Hampir semua senjata termonuklir adalah lebih kecil dibandingkan senjata tersebut, terutama karena kendala praktis seperti perlunya ukuran sekecil ruang dan batasan berat yang bisa di dapatkan pada ujung kepala roket dan misil.
Ada juga tipe senjata nuklir lain, sebagai contoh boosted fission weapon, yang merupakan senjata fisi yang memperbesar 'yield'-nya dengan sedikit menggunakan reasi fisi. Tetapi fisi ini bukan berasal dari bom fusi. Pada tipe 'boosted bom', neutron-neutron yand dihasilkan oleh reaksi fusi terutama berfungsi untuk meningkatkan efisiensi bomb fisi. contoh senjata didesain untuk keperluan khusus; bomb neutron adalah senjata termonuklir yang menghasilkan ledakan relatif kecil, tetapi dengan jumlah radiasi neutron yang banyak. Meledaknya senjata nuklir ini diikuti dengan pancaran radiasi neutron. Senjata jenis ini, secara teori bisa digunakan untuk membawa korban yang tinggi tanpa menghancurkan infrastruktur dan hanya membuat fallout yang kecil. Membubuhi senjata nuklir dengan bahan tertentu (sebagain contoh cobalt atau emas) menghasilkan senjata yang dinamai "salted bomb". Senjata jenis ini menghasilkan kontaminasi radioactive yang sangat tinggi. Sebagian besar variasi di disain senjata nuklir terletak pada beda "yield" untuk berbagai keperluan, dan untuk mencapai ukuran fisik yang sekecil mungkin.

Fusi nuklir


Reaksi fusi deuterium-tritium (D-T) dipertimbangkan sebagai proses yang paling menjanjikan dalam memproduksi tenaga fusi.
Dalam fisika, fusi nuklir (reaksi termonuklir) adalah sebuah proses saat dua inti atom bergabung, membentuk inti atom yang lebih besar dan melepaskan energi. Fusi nuklir adalah sumber energi yang menyebabkan bintang bersinar, dan Bom Hidrogen meledak. Senjata nuklir adalah senjata yang menggunakan prinsip reaksi fisi nuklir dan fusi nuklir.
Proses ini membutuhkan energi yang besar untuk menggabungkan inti nuklir, bahkan elemen yang paling ringan, hidrogen. Tetapi fusi inti atom yang ringan, yang membentuk inti atom yang lebih berat dan neutron bebas, akan menghasilkan energi yang lebih besar lagi dari energi yang dibutuhkan untuk menggabungkan mereka -- sebuah reaksi eksotermik yang dapat menciptakan reaksi yang terjadi sendirinya.
Energi yang dilepas di banyak reaksi nuklir lebih besar dari reaksi kimia, karena energi pengikat yang mengelem kedua inti atom jauh lebih besar dari energi yang menahan elektron ke inti atom. Contoh, energi ionisasi yang diperoleh dari penambahan elektron ke hidrogen adalah 13.6 elektronvolt -- lebih kecil satu per sejuta dari 17 MeV yang dilepas oleh reaksi D-T seperti gambar di samping.

Reaksi-reaksi fusi yang dikenal baik

Rantai-rantai reaksi di dalam astrofisika

Proses fusi paling penting di alam adalah yang terjadi di dalam bintang. Meskipun tidak melibatkan reaksi kimia, tetapi seringkali fusi termonuklir di dalam bintang disebut sebagai proses "pembakaran". Pada pembakaran hidrogen, bahan bakar netto-nya adalah empat proton, dengan hasil netto satu partikel alpha, pelepasan dua positron dan dua neutrino (yang mengubah dua proton menjadi dua netron), dan energi. Ada dua jenis pembakaran hidrogen, yaitu rantai proton-proton dan siklus CNO yang keberlangsungannya bergantung pada massa bintang. Untuk bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil, reaksi rantai proton-proton mendominasi, sementara untuk bintang bermassa lebih besar siklus CNO yang mendominasi. Reaksi pembakaran lain seperti pembakaran helium dan karbon juga terjadi bergantung terutama pada tahapan evolusi bintang.

[sunting] Reaksi-reaksi yang dapat terjadi di Bumi

Beberapa contoh reaksi fusi nuklir yang dapat dilangsungkan di permukaan Bumi adalah sebagai berikut:
(1) D + T   4He (3.5 MeV) +   n (14.1 MeV)  
(2i) D + D   T (1.01 MeV) +   p (3.02 MeV)         50%
(2ii)         3He (0.82 MeV) +   n (2.45 MeV)         50%
(3) D + 3He   4He (3.6 MeV) +   p (14.7 MeV)
(4) T + T   4He   + n + 11.3 MeV
(5) 3He + 3He   4He   + p + 12.9 MeV
(6i) 3He + T   4He   +   p   + n + 12.1 MeV   51%
(6ii)         4He (4.8 MeV) +   D (9.5 MeV)         43%
(6iii)         4He (0.5 MeV) +   n (1.9 MeV) + p (11.9 MeV)   6%
(7) D + 6Li 4He + 22.4 MeV
(8) p + 6Li   4He (1.7 MeV) +   3He (2.3 MeV)
(9) 3He + 6Li 4He   +   p + 16.9 MeV
(10) p + 11B 4He + 8.7 MeV
(11) p + 7Li 4He + 17.3 MeV
p (protium), D (deuterium), dan T (tritium) adalah sebutan untuk isotop-isotop hidrogen.
Sebagai tambahan/ pendukung kepada reaksi fusi utama (yang diinginkan), beberapa reaksi fusi berikut yang mana diikutsertakan/ disebabkan oleh neutron dan deuterium adalah penting. Dimana reaksi ini menghasilkan tritium dan lebih banyak neutron, dalam bomb nuklir dan reaktor nuklir:
(12) n + 6Li   4He
+   T + 4.7 MeV
(13) n + 7Li   4He
+   T + n - 2.47 MeV
(14) n + 9Be   8Be
+   2n - 1.67 MeV
(15) D + 9Be   8Be
+   T + 4.53 MeV
(energi yang diserap jauh terlalu kecil, neutron-neutron tetap bergerak pada level energi yang tinggi)



    Tidak ada komentar:

    Poskan Komentar