Eine kleine Geschichte des Elektrons PDF

Dieser Artikel befasst sich mit dem Elementarteilchen. Die in einem Atom oder Ion gebundenen Elektronen bilden eine kleine Geschichte des Elektrons PDF Elektronenhülle. Die gesamte Chemie beruht im Wesentlichen auf den Eigenschaften und Wechselwirkungen dieser gebundenen Elektronen. Beim Beta-Minus-Zerfall eines Atomkerns wird ein Elektron neu erzeugt und ausgesandt.


Författare: Christian Holzapfel.
Das Bild, das sich die Physiker vom Elektron machen, hat sich mit der Entwicklung der modernen Physik entsprechend geändert. Anhand dieser Änderung wird gezeigt, daß die Physik nicht nur trockener und starrer Formelkram ist, sondern daß sich hinter den Formeln eine phantastische und bizarre Welt verbirgt.
Um die Natur und deren Erscheinungen nur einigermaßen zu begreifen, ist sehr viel Phantasie notwendig. Hinter den Erscheinungen tut sich eine wundersame Welt auf, eine Welt voller Wunder – keine spirituelle oder magische Welt sondern eine Welt, die in ihrer Realität viel wundersamer ist als alle metaphysischen Gedankengebäude.
Man stellte sich anfangs das Elektron als kleine elektrostatisch geladene Kugel vor. Mit der Entwicklung der Relativitätstheorie geriet man damit in Schwierigkeiten. Die Quantentheorie konnte einige dieser Schwierigkeiten überwinden, allerdings auf Kosten der Anschaulichkeit. Aus der Kugel wurde eine diffuse Wolke. Die Merkwürdigkeiten des Elektrons zeigen sich insbesondere in der Beugung am Doppelspalt. Das Bild des Elektrons wird immer unklarer, die Gestalt löst sich auf in unanschauliche Begriffe, bis es schließlich auch seine Identität verliert. Gleichzeitig erscheinen einige seiner Gesellen, das Positron und das Photon, die ebenfalls sonderbare Eigenschaften zeigen. Auf diese Weise wird über den Bogen vom Elektron als Kugel bis zur Auflösung seiner Identität die zugehörige Physik in anschaulicher und lockerer Art dargestellt. Das Büchlein ist kein Lehrbuch der Physik; es berührt auch nur einige wenige Aspekte der Physik, aber diese behandeln zum Teil tiefgreifende Probleme, mit denen sich die Physiker und auch frühe Philosophen schon seit Generationen beschäftigen und die verständnismäßig einen Großteil der heutigen Physik betreffen.
Das Büchlein wendet sich sowohl an den Physiker, der vielleicht seine Freude an dem einen oder anderen Gedankengang haben möge, als auch vor allem an den Laien – ich denke dabei vor allem an meine Frau, die geduldig viele Jahrzehnte ihr Leben mit der Gedankenwelt eines Physikers geteilt hat – um zu zeigen, daß wir bei weitem nicht alles verstehen. Die Natur erscheint uns voller Widersprüche, aber je weiter wir versuchen mit unserem Verständnis in sie einzudringen, umso mehr offenbart sie uns ihre atemberaubende Schönheit.
Lebenslauf:
Dr. Christian Holzapfel, geb. 1937 in Dänemark, Schulbesuch in Kopenhagen und in Linz an der Donau, hat nach dem Studium der Physik in Frankfurt am Main fast 40 Jahre als Physiker auf den verschiedensten Gebieten (Plasmaphysik, Biophysik, Meteorologie und Klima-forschung, Energieforschung) im Forschungszentrum Jülich, früher Kernforschungsanlage Jülich, und ein Jahr an der Michigan State University in East Lansing, Mich. USA, gearbeitet. Seit März 2002 ist er Rentner.
Neben seiner Haupttätigkeit hat er sich auch immer mit den Grundlagen der Physik beschäftigt und aus dieser Erfahrung dieses Büchlein zusammengestellt.

Der experimentelle Nachweis des Elektrons gelang erstmals Emil Wiechert im Jahre 1897 und wenig später Joseph John Thomson. Das Konzept einer kleinsten, unteilbaren Menge der elektrischen Ladung wurde um die Mitte des 19. Jahrhunderts verschiedentlich vorgeschlagen, unter anderen von Richard Laming, Wilhelm Weber und Hermann von Helmholtz. George Johnstone Stoney schlug 1874 die Existenz elektrischer Ladungsträger vor, die mit den Atomen verbunden sein sollten. Ausgehend von der Elektrolyse schätzte er die Größe der Elektronenladung ab, erhielt allerdings einen um etwa den Faktor 20 zu niedrigen Wert. Emil Wiechert fand 1897, dass die Kathodenstrahlung aus negativ geladenen Teilchen besteht, die sehr viel leichter als ein Atom sind, stellte dann aber seine Forschungen hierzu ein. Die Elementarladung wurde 1909 durch Robert Millikan gemessen.

Das Elektron ist das leichteste der elektrisch geladenen Elementarteilchen. In der Tat gibt es bisher keinerlei experimentellen Hinweis auf einen Elektronenzerfall. Als Teilchen mit halbzahligem Spin gehört es zur Klasse der Fermionen, unterliegt also insbesondere dem Pauli-Prinzip. Verhältnis des magnetischen Moments zum Spin beschreibt, wird als gyromagnetisches Verhältnis des Elektrons bezeichnet. Effekte, die erst durch die Quantenelektrodynamik erklärt werden, bewirken jedoch eine messbare geringfügige Abweichung von 2. Diese Abweichung wird als anomales magnetisches Moment des Elektrons bezeichnet.

Kurz nach der Entdeckung des Elektrons versuchte man seine Ausdehnung abzuschätzen, insbesondere wegen der klassischen Vorstellung kleiner Billardkugeln, die bei Streuexperimenten aufeinanderstoßen. Die Selbstenergie trennt dabei gedanklich elektrische Ladung und elektrisches Feld des Elektrons. Energie nötig, die Selbstenergie eines einzigen Elektrons beträgt hiervon die Hälfte. Es gab jedoch durchaus auch andere Herleitungen für eine mögliche Ausdehnung des Elektrons, die auf andere Werte kamen. Heute ist die Sichtweise bezüglich einer Ausdehnung des Elektrons eine andere: In den bisher möglichen Experimenten zeigen Elektronen weder Ausdehnung noch innere Struktur und können insofern als punktförmig angenommen werden. Auch die Suche nach einem elektrischen Dipolmoment des Elektrons blieb bisher ohne positiven Befund.