La naturaleza de partícula del electrón se demostró por primera vez con un tubo de Crookes. En esta ilustración, un haz de electrones proyecta el perfil en forma de cruz del objetivo contra la cara del tubo. Autor: D-Kuru.
El electrón (del griego “ελεκτρον“, “ámbar”), comúnmente representado como e–, es una partícula subatómica de tipo fermiónico que, en muchos casos, aparece formando parte de un átomo, rodeando al núcleo del mismo (que está compuesto únicamente de protones y neutrones). Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química, ya que definen las atracciones con otros átomos. El electrón es un tipo de partícula subatómica denominada leptón.
Como para cualquier partícula subatómica, la mecánica cuántica predice un comportamiento ondulatorio de los electrones en ciertos casos, el más famoso de los cuales es el experimento de Young de la doble rendija, en el que se pueden hacer interferir ondas de electrones. Esta propiedad se denomina dualidad onda-corpúsculo.
El electrón tiene una carga eléctrica negativa de -1,6·10-19 culombios y una masa de 9,1·10-31 kg (0,51 MeV/c2), que es aproximadamente 1.800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene momento angular intrínseco o espín de 1/2 (en unidades de Planck). Dado que el espín es semientero, los electrones se comportan como fermiones, es decir, colectivamente son descritos por la estadística de Fermi-Dirac.
Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan independientemente (o juntos) por la materia formando un haz de electrones en el vacío. Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, forman una corriente eléctrica. En algunos superconductores, los electrones que generan la corriente eléctrica se mueven en pareja (pares de Cooper).
El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial; sin embargo, en las cercanías de un electrón pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea.
Esquema en el que se muestran los distintos tipos de partículas elementales: los fermiones (quarks -en morado- y leptones -en verde-, a los que pertenecen los electrones) y los bosones (en azul). Autor: Joniale.
Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2,8179·10-15 m. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por lo tanto esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos.
En la mecánica cuántica, el electrón es descrito por la ecuación de Dirac, mientras que el comportamiento colectivo de los electrones viene descrito por la estadística de Fermi-Dirac. En el modelo estándar de la física de partículas, forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interaccionan de forma débil. En la naturaleza existen además otros dos “electrones masivos“, el muón y el tauón, con propiedades similares al mismo (aunque son partículas diferentes, con una corta existencia y que se desintegran muy rápidamente).
Electrones en el Universo:
Los científicos creen que el número de electrones existentes en el universo conocido es de al menos 1079. Este número asciende a una densidad media de alrededor de un electrón por metro cúbico de espacio. Basándose en el radio clásico del electrón y asumiendo un empaquetado esférico denso, se puede calcular que el número de electrones que cabrían en el universo observable es del orden de 10130. Por supuesto, este número es incluso menos significativo que el propio radio clásico del electrón.
Haz de electrones dentro de un tubo de rayos filiformes siendo desviados siguiendo una trayectoria circular mediante un campo magnético homogéneo. Autor: Marcin Białek.
La antipartícula del electrón:
El antielectrón (también llamado positrón) es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo que posee la misma masa y la misma carga eléctrica, aunque obviamente de signo contrario (es positiva). No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicos como parte de transformaciones nucleares. Cuando un electrón y un positrón colisionan tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma, con una energía de 0,500 MeV cada uno.
Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla. En la actualidad los positrones son rutinariamente producidos en la tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.
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Figuras:
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–Colaboradores de Wikipedia (2007). “Crookes tube-in use-lateral view-standing cross prPNr°11.jpg. Wikipedia, la enciclopedia libre: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Crookes_tube-in_use-lateral_view-standing_cross_prPNr%C2%B011.jpg
–Colaboradores de Wikipedia (2008). “Cyclotron motion wider view.jpg”. Wikipedia, la enciclopedia libre: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/Cyclotron_motion_wider_view.jpg
–Colaboradores de Wikipedia (2008). “Generaciones de la materia.png”. Wikipedia, la enciclopedia libre: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Generaciones_delamateria.png
Referencias:
–Colaboradores de Wikipedia (2013). “Electrón”. Wikipedia, la enciclopedia libre: http://es.wikipedia.org/wiki/Electrones
