电子的内部结构是怎样的?

  物质的基本组成是原子,原子的基本组成之一是电子。那么,电子里面到底是什么?是否有实体呢?

  根据粒子物理标准模型,电子被认为是一种基本粒子,它们无法再进行分割,它们不是由更小的粒子组成。即便在当今最为强大的粒子加速器——大型强子对撞机之中,电子也没有呈现出任何的内部结构。

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  另一方面,电子是有实体的,它们是真实存在的,汤姆逊最早发现了这种粒子。电子是一种轻子,虽然质量很小,但仍然有质量,其质量约为9.109×10^-31千克。与质子相比,电子的质量要小得多,质子的质量相当于电子的1836倍。质子并非是基本粒子,它们是由夸克组成。

  从希格斯机制看来,电子之所以拥有质量,是因为它们穿过希格斯场之后会减速,它们会与希格斯玻色子发生相互作用,从而获得质量。也正因为如此,被希格斯场减速后的电子无法以光速运动。而光子不会被希格斯场减速,它们的速度始终维持光速。

  既然电子是存在的,它们又有多大呢?

  迄今为止,所有实验都表明,电子是点大小的,这意味着它们的大小为零。不过,这些实验不能绝对精确地分辨出电子的尺寸,已知电子半径小于10^-16米。根据理论预言,电子的半径小于10^-20米。

  在量子力学中,电子被认为是彼此完全相同的,因为没有内在的物理性质可以用来区分它们。因此,电子可以互相交换位置而不引起系统中可见的变化。

  另外,如果根据弦理论,电子也不是最基本的结构。在弦理论看来,包括电子在内的所有基本粒子都是由振动的弦所组成。只是弦的不同振动方式表现出了不同的行为,由此产生了我们所探测到的各种基本粒子。

  虽然弦理论是一套自洽的物理学模型,并且未来有望成为大统一理论,但目前物理学家并无法通过实验来验证弦理论,因为实验所需的能量远超现有粒子加速器所能达到的水平。


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