电子（表文名：electron）是一种带有负电的亚原子粒子，常用符号e体现，1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生正在探索阴极射线时出现。

　　电子是电量的最幼单位。[1]它可能是自正在的(不属于任何原子)，也可能被原子核管造。电子拥有粒子性和颠簸性，即波粒二象性。

　　约莫2500年前，古希腊形而上学家泰勒斯仍然出现用丝绸或法兰绒摩擦琥珀（古希腊语：ήλεκτρον ，ēlektron）能吸引轻幼物体。“electric（电）”这个词即是来源于希腊语中的“ελεκτρον（琥珀）”。

　　东汉功夫（约公元一世纪），王充所著竹素《论衡》中相闭于静电的记录：“顿牟掇芥”。顿牟即是琥珀，当琥珀经摩擦后，即能吸引像草芥一类的轻幼物体。西元三世纪，晋朝张华的《博物志》中也有记录：“今人梳头，解着衣，有随梳解结，有光者，亦有吒声”。这里记录头发因摩擦起电发出的闪光和劈啪之声。

　　查尔斯·笃费见解，大天然有两种分歧的“电流体”（electric fluid），它们永诀为玻璃电（正电）与树脂电（负电），摩擦的作为可能将它们别离， 统一后会彼此中和对方。这表面称为“双流体表面”。稍后，美国科学家埃柏奈泽·肯纳斯理也独立取得不异的结论。

　　美国人本杰明·富兰克林认识到闪电与摩擦起电涉及到不异的天然因素——自后称之为电，而且做纸鸢实践证明这一主见。宛如阿谁功夫的大大都科学家，富兰克林以为，电效应是一种充足于全数物体内部的玄妙流体所发生的功用。假设原委某种标准，促使物体获得更多这种流体，则称此物体带正电；假设原委另一种标准，促使物体遗失这种流体，则称此物体带负电。若这两个物体互毗连触到对方，流体认从带正电物体流往带负电物体。流体的这种从新漫衍轨则了电流偏向（与自后观测到的电子活动偏向正好相反）。这是一种“单流体表面”。

　　正在1838年至1851年岁月，英国医师理查·莱敏倡导，原子是由主题物质与以一心圆样式覆盖正在周围的带有单元电荷的次原子粒子所构成；精简地说，他猜思大天然存正在带有单元电荷的次原子粒子。正在1846年，德国物理学者威廉·韦伯提倡，原子的布局好像行星体例，良多带正电的次原子粒子盘绕着一个带负电的主题物质动弹，次原子粒子的质料相当轻微，主题物质的质料相当大。1874年，爱尔兰物理学者乔治·斯桐尼提倡，正在电解形象里，大天然揭示了电的实在简单数目，这数目与电所功用的物体的品种无闭。

　　他又于1891年倡导，将这些根基电量（根基电荷）定名为“electron ”（电子），他还测验利用法拉第电解定律来估算其数值。斯桐尼的电子悠久管造正在原子内部，无法被移除，每一个原子的化学键城市伴跟着电子。这些电子的活动形成四周以太的电磁应力。1881年，德国物理学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹夸大，从法拉第电解定律的结果可能总结，非论是正电或是负电，它们都可被割据为实在的根基单元，其物理性拥有粒子本质。

　　德国物理学者尤利乌斯·普吕克探索盖斯勒管内的淡薄气体里的放电形象。他正在1858年出现，假设利用白金为阴极的原料，则会有幼粒子从阴极剥离。他猜思，剥离的白金粒子因白炽而发出辉光。他还观测到，正在放电时，正在阴极左近的玻璃管壁会涌现磷光，其身分会跟着磁场而转化。普吕克的学生约翰·希托夫于1869年进一步出现，假设正在阴极与磷光之间置入一个物体，则辉光会被限定正在阴极与物体之间，玻璃管壁会由于物体的遮挡而正在磷光曲面内涌现一块暗影，这意味着辉光不会转弯，只会以直线年，德国物理学者欧根·戈尔德斯坦将希托夫的实践加以扩展，他利用面积较大的阴极，而不是希托夫的点阴极，他出现，辉光的后光并不是朝着全数偏向发射，而是朝着笔直于皮相的偏向发射。他将辉光的后光定名为阴极射线。阴极射线的发射式样与坎德拉分歧，这是一个很大的区别，但希托夫与戈尔德斯坦依然以为，阴极射线是某种散播于以太的电磁波。假使如斯，他们的探索成绩已为改日闭于阴极射线素质的计较撒下了种子。

　　英国人威廉·克鲁克斯正在1878年愚弄一种水银真空泵，造作出了气体含量仅为盖斯勒管1/75000的真空管，被称作克鲁克斯管。克鲁克斯当心到，当逐步抽出克鲁克斯管内的气体时，阴极左近最先涌现阴浸区域，跟着真空度的加添，这阴浸区域也会扩张。克鲁克斯倡导，这阴浸区域的宽度与阴极粒子的均匀自正在程相闭；阴浸区域与辉光区域的界面，即为粒子与气体分子彼此碰撞的开始面；正在阴浸区域内，没有什么碰撞；而正在辉光区域，发作了良多碰撞事变；正在管面的萤光，则是由于粒子与管面发作碰撞。

　　克鲁克斯等英国物理学家以为阴极射线并不是射线，而是一种带电粒子。这主见遭到了以海因里希·赫兹为首的德国物理学家的破坏。赫兹的学生德国物理学家菲利普·莱纳德正在1889年举行了一个实践：他正在阳极装配了薄铝箔窗电子，如许就能把阴极射线导出到氛围中。赫兹提出，阴极射线也许穿过薄金属箔，以是它不或者是粒子。同时，赫兹还正在真空管的两侧施加了电场，结果出现并没有巡视到预期的偏转，这越发顽固了他的信奉。

　　1895年，让·佩兰出现阴极射线也许使真空管中的金属物体带上负电荷，增援了克鲁克斯的表面。1897年，剑桥大学卡文迪许实践室的约瑟夫·汤姆孙重做了赫兹的实践。利用真空度更高的真空管和更强的电场，他巡视出阴极射线的偏转，并盘算推算出了阴极射线粒子（电子）的荷质比，以是取得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆孙采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称谓这种粒子。至此，电子行为人类出现的第一个亚原子粒子和翻开原子全国的大门被汤姆孙出现了。

　　于1896年，正在探索自然发萤光矿石的时刻，法国物理学家亨利·贝克勒尔出现，不须要施加表能源，这些矿石就会天然地发射辐射。这些放射性物质惹起很多科学家的有趣，征求出现这些放射性物质会发射粒子的新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福。遵守这些粒子穿透物质的才略，卢瑟福替这些粒子永诀取名为阿尔法粒子和贝塔粒子（“阿尔法”是希腊字母的第一个字母“α”，“贝塔”是第二个字母“β”）。于1900年，贝克勒尔出现，镭元素发射出的贝塔射线，会被电场偏转；尚有，贝塔射线和阴极射线都有同样的荷质比。这些证据使得物理学家更猛烈地以为电子本是原子的一个别，贝塔射线年，美国物理学家罗伯特·密立根做了一个知名实践，称为油滴实践，可能切确地衡量出电子的带电量。正在这实践里，他利用电场的库仑力来抵销带电油滴所感应到的重力。从电场强度，他盘算推算出油滴的带电量。他的仪器可能切确地衡量出含有1到150个离子的油滴的带电量，并且实践差错可能限定到低于0.3%。他出现每一颗油滴的带电量都是统一常数的倍数，以是，他推论这常数必是电子的带电量。汤姆孙和学生约翰·汤森德利用电解的离子气体来将过饱和水蒸气冻结，原委衡量带电水珠粒的带电量，他们也获得了似乎结果。于1911年，亚伯兰·约费利用带电金属微粒，独随即获得同样的结果。不过，油滴比水滴更巩固，油滴的蒸发率较低，比拟适合更漫长的精准实践。

　　二十世纪初，实践者出现，速捷搬动的带电粒子会正在原委的途途，使过冷却、过饱和的水蒸气冻结成幼雾珠。于1911年，查尔斯·威耳逊行使这表面计划出云室仪器。这美妙的创造使得实践者也许用拍照机拍摄到速捷搬动电子的轨道，成为早期探索根基粒子的要紧步骤。

　　最早的原子模子是汤姆孙的梅子布丁模子。公布于1904年，汤姆孙以为电子正在原子中平均陈设，就像带正电布丁中的带负电梅子一律。1909年，知名的卢瑟福散射实践彻底地颠覆了这模子。

　　卢瑟福按照他的实践结果，于1911年，计划出卢瑟福模子。正在这模子里，原子的绝大个别质料城市集于幼幼的原子核，原子的绝大个别都是真空。而电子则像行星缠绕太阳运行一律缠绕着原子核运行。

　　正在经典力学的框架之下，行星轨道模子有一个首要的题目不行疏解：呈加快率运动的电子会发生电磁波，而发生电磁波就要花费能量；最终，耗尽能量的电子将会一头撞上原子核（就像能量耗尽的人造卫星最终会进入地球大气层）。于1913年，尼尔斯·玻尔提出了玻尔模子。正在这模子中，电子运动于原子的某一特定的轨域。隔断原子核越远，轨域的能量就越高。当电子从隔断原子核更远的轨域，跃迁到隔断原子核更近的轨域时，会以光子的体式开释出能量。相反的，从低能级轨域跃迁到高能级轨域则会罗致能量。借着这些量子化轨域，玻尔确切地皮算推算出氢原子光谱。不过，利用玻尔模子，并不也许疏解谱线的相对强度，也无法盘算推算出更繁杂原子的光谱。这些困难，尚待自后量子力学的疏解。

　　1916年，美国物理化学家吉尔伯特·途易斯告成地疏解了原子与原子之间的彼此功用。他提倡两个原子之间一对共用的电子，称为电子对，酿成了共价键。于1923年，瓦尔特·海特勒和弗里茨·伦敦行使量子力学表面，完好地疏解通晓电子对发生和化学键酿成的源由。于1919年，欧文·朗缪尔将途易斯的立方原子模子加以阐发，提倡全数电子都漫衍于一层层一心的（亲昵一心的）、等厚度的球形壳。他又将这些球形壳分为几个个别，每一个个别都含有一对电子。利用这模子，他也许疏解周期表内每一个元素的周期性化学本质。

　　1924年，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡愚弄一组参数来疏解原子的壳层布局。这一组的四个参数，定夺了电子的量子态。每一个量子态只可容许一个电子占据。（这禁止多于一个电子占据同样的量子态的法例，称为泡利不相容道理）。这一组参数的前三个参数永诀为主量子数、角量子数和磁量子数。第四个参数只可有两种抉择。于1925年，荷兰物理学家塞缪尔·古德斯米特和乔治·乌伦贝克提出了第四个参数所代表的物理机造。他们以为电子，除了运动轨域的角动量以表，或者会具有内正在的角动量，称为自旋；这本质可能用来疏解先前正在实践里，用高别离率光谱仪观测到的怪异的邃密布局割裂，即原子谱线从先前的一条线割裂成数条线。

　　1924年，法国物理学家途易·德布罗意正在他的博士论文《量子表面探索》（《Recherches sur la théorie des quanta》）里，提出了德布罗意假说，假设全数物质都具有好像光波的颠簸本质。遵守这假设，赐与适应的条目，电子和其它物质会显示出颠簸的本质。假若，物理实践也许显示出，跟着时刻演化，物体搬动于空间轨道的局域身分，则这实践了了地显示了粒子本质。假若，物理实践也许显示出，粒子通过狭缝后，会发生插手图样于侦测障蔽，则这实践了了地显示了颠簸本质。1927年，英国物理学家乔治·汤姆孙用金属薄膜，美国物理学家克林顿·戴维森和雷斯特·革末用镍晶体，永诀将电子的插手效应显示于侦测障蔽。

　　德布罗意的博士论文赐与埃尔温·薛定谔莫大的诱导：既然粒子拥有颠簸性，那必然有一个颠簸方程，也许一律地描绘这粒子的颠簸行径。1926年，薛定谔提出了薛定谔方程。这颠簸方程也许描绘电子的颠簸行径。它并不行命定性地给出电子的了了运动轨道，电子正在随意时刻的身分。不过，它可能盘算推算出电子处于某身分的概率，也即是说，正在某身分找到电子的概率。薛定谔用自身思出的方程来盘算推算氢原子的谱线，获得了与用玻尔模子的预测相似的谜底。再进一步将电子的自旋和几个电子的彼此功用纳入考量，薛定谔方程也也许给出电子正在其它原子序较高的原子内的电子组态。1928年，保罗·狄拉克公布了狄拉克方程。这公式也许描绘相对论性电子的物理行径。相对论性电子是搬动速率亲昵光速的电子。为了要疏解狄拉克方程的自正在电子解所碰到的异常的负能量态题目，狄拉克提出了一个真空模子，称为狄拉克之海，即真空是挤满了拥有负能量的粒子的无尽海。以是，他预言宇宙中存正在有正子（电子的反物质搭配）。1932年，卡尔·安德森正在宇宙射线实践中最先证明晰正子的存正在。

　　1947年，威利斯·兰姆正在与探索生罗伯特·雷瑟福（Robert Retherford）团结的实践中，出现氢原子的某些该当不会有能量差值的简并态，公然涌现很幼的能量差值。这形象称为兰姆位移。约莫同年代，波利卡普·库施和亨利·福立正在协同落成的一个实践中，出现电子的分表磁矩，即电子的磁矩比狄拉克表面的预估稍微大一点。为通晓释这些形象，朝永振一郎、朱利安·施温格和理察·费曼，于1940年代，创筑了量子电动力学。

　　MeV）；自后，能量更抵达300MeV。1947年，正在通用电器实践室，利用一台70MeV电子同步加快器，物理学家出现了同步辐射，即搬动于磁场的相对论性电子由于加快率而发射的辐射。1968年，第一座粒子束能量高达1.5吉电子伏（

　　GeV），名为大积聚环对撞机的粒子对撞机，正在意大利的核子物理国度探索院最先运作。这座对撞机也许将电子和正子反偏向地永诀加快。与用电子碰撞一个静止标靶比拟较，这步骤也许有用地使碰撞能量加添一倍。从1989年运转到2000年，位于瑞士日内瓦近郊的欧洲核子探索结构的大型电子正子对撞机，也许告竣高达209GeV的碰撞能量。这对撞机一经落成多项实践，关于考练与查对粒子物理学的准则模子切实切性有很大的孝敬。2

　　正在粒子物理学里，按照准则模子，电子属于亚原子粒子中的轻子类。电子是根基粒子。正在全数带电的轻子中，电子的质料最幼，属于第一代根基粒子。μ子和τ子永诀为第二代和第三代的轻子。它们的电荷量、自旋和根基彼此功用，都与电子不异；质料都大于电子。轻子与夸克的闭键分歧点是轻子不以强核力与其它粒子彼此功用。轻子的自旋是半奇数。普通自旋为半奇数的粒子都是费米子。因此，轻子是费米子。电子的自旋是

　　电子的质料约莫为9.109 × 10−31千克或5.489 × 10−4amu。按照阿尔伯特·爱因斯坦的质能等价道理，这质料等价于0.511 MeV静止能量。质子质料约莫为电子质料的1836倍。天文衡量显示出，起码正在比来这半个宇宙的春秋岁月，这质料比例都依旧巩固褂讪，就宛如准则模子所预测的一律。

　　电子带有的电量是根基电荷电量：-1.602 × 10−19库仑，这是亚原子粒子所利用的电荷单元的电量。正在实践切确极限内，电子的绝对带电量与质子相当，但正负号相反。根基电荷常常用符号

　　体现；个中，正负号永诀体现带有正负电荷。除了带有电荷的正负号分歧以表，正子与电子的其它本质都不异。

　　。常常，当讲到这本质时，电子会被指为是一种自旋1/2粒子。关于这种粒子，自旋角动量是

　　。沿着自旋轴，电子的内正在磁矩约莫为1玻尔磁子，或9.274 009 15（23）×10−24焦耳/特斯拉。电子的自旋关于动量偏向的投影为电子的螺旋度。

　　电子没有任何次布局。物理学家以为电子是一个点粒子，不占据任何空间。从观测管造于潘宁阱内的电子而获得的实践结果，物理学家估计电子半径的上限为10−22米。经典电子半径是2.8179 × 10−15米。这个结果是从经典电动力学和狭义相对论的表面推论出来的，并没有利用到任何量子力学表面。

　　良多根基粒子会自觉衰造成质料更轻的粒子，μ子即是一个很好的例子。均匀寿命为2.2 × 10−6秒的μ子会衰造成一个电子、一个中微子和一个反中微子。从现有表面论证，电子是很巩固的：电子是质料最轻的带电粒子，它的衰变会违反电荷守恒定律。电子均匀寿命的实践最低限是4.6 × 1026年，相信区间是90%。

　　宛如全数其它粒子，电子拥有粒子性和颠簸性。这本质称为波粒二象性。正在双缝实践里，电子的颠簸本质，使得通过两条狭缝的电子波彼此闭涉，形成了显示于侦测障蔽的明亮条纹和阴浸条纹，这即是如左图所示双缝实践特色的插手图样。利用更高阶的实践开发，可能观测到，电子老是以一颗颗粒子的式样抵达侦测障蔽。电子的颠簸行径可能用复值的含时波函数

　　。假若这两个粒子可能被区别，那该当可能确定哪个波函数描绘的是第一个粒子，哪个波函数描绘的是第二个粒子。假若

　　现正在假设这两个粒子是全同粒子，不行能区别终究哪个粒子是第一个粒子，哪个粒子是第二个粒子。这意味着波函数

　　或者描绘的是第一个粒子，也有或者描绘的第二个粒子。这两个粒子量子行径的概率关于粒子互换该当拥有褂讪性：

　　从破坏称性总波函数的体式可能推论，假设两个全同粒子的波函数关于粒子互换拥有破坏称性，而且它们占据统一量子态，即它们的波函数不异，

　　费米子的自旋为半整数，总波函数关于粒子互换拥有破坏称性。以是，泡利不相容道理剖明，两个全同费米子正在统一个别例中长期无法霸占统一量子态。并没有涉及到任何位势，并没有任何功使劲施加于它们本体，这纯粹是从无法区别全同粒子而发生的一种量子本质，正在经典物理学里，找不到好像本质。

　　电子是全同费米子。没有任何步骤也许别离出一个电子与另一个电子有什么分歧；没有任何步骤也许区别出，正在一群电子之中，哪一个电子是哪一个电子。屈从泡利不相容道理，随意两个电子都不行占据同样的量子态。这道懂得释了很多相闭电子正在原子内的本质。比方，正在原子内，一个原子轨域里，最多只可有两个管造电子，为了合适破坏称性，一个电子的自旋往上，另一个电子的自旋往下；而不是全数的管造电子都占据同样一个最低能级的轨域。

　　物理学家以为，空间会连续一直地天生一对一对的虚粒子，像正子-电子虚偶，而正在保存短暂的一段时刻后，这些成对的虚粒子会彼此摧毁对方。正在这历程里，天生虚粒子所须要的能量涨落

　　就行。如许，表面上不会被仪器侦测出来，也不会违反海森堡不确定道理。按照这推理，关于虚电子，

　　如左图所示，电子-正子虚偶会随机性地涌现于一个电子（图内左下方）的左近。当电子-正子虚偶尚然存正在的时刻，再造成的正子，会感应到本来电子施加的吸引性库仑力；而新电子则会感应到排斥性库仑力。这形象称为真空极化。真空变得近似一个拥有电容率

　　的电介质。以是，电子的有用电荷量变得幼于可靠值量，并且跟着离本来电子隔断的加添而递减。通过1997年用日本崔斯坦粒子加快器所做的实践，真空极化表面获得了强有力的证明。关于电子的质料，虚粒子也会形成樊篱效应。

　　虚粒子彼此功用也许疏解，正在电子的内正在磁矩与玻尔磁子之间，轻微的偏向（约莫是磁矩的0.1%），称为分表磁矩。这表面结果超特切确地与实践测定的数值相合适。无可狡赖地，正在这里，量子电动力学交出了一份美丽的收效单。

　　正在经典物理里，一个物体的角动量和磁矩跟其物理尺寸相闭。以是，无尺寸电子具有这些本质的观点实正在令人百思。一个或者合理的疏解为，正在电子自身所发生的电场，也许天生虚光子。这些虚光子促使电子速捷地动颤，称为颤动，因此形成电子的进动。原委过滤掉涨掉队，净运动是圆周运动。这奇异的运动形成了电子的自旋和磁矩。正在原子里，做谱线实践巡视到的兰姆位移，可能用虚光子天生的表面来疏解。

　　电子是带负电粒子，其所发生的电场，会吸引像质子一类的带正电粒子，也会排斥像电子一类的带负电粒子，这些形象所涉及的功使劲依照库仑定律。一群电子正在空间中搬动的作为会酿成电流，安培定律描绘电流与电流所发生的磁场互相之间的联系。这种觉得本质给出了驱动电动机的磁场。

　　按照经典电动力学，一个随意搬动的带电粒子，必需原委一段散播时刻，才也许将其影响散播参预身分，正在场身分发生对应的推迟势，称为李纳-维谢势。这一段时刻的是非跟带电粒子身分、场身分之间的隔断相闭。随意搬动的带电粒子所发生的电场和磁场，可能从李纳-维谢势求得，也可能用杰斐缅柯方程直接盘算推算出来。行使狭义相对论，也可能推导出同样的结果。

　　搬动于磁场的电子，会感应到洛伦兹力的功用。这洛伦兹力笔直于磁场与电子速率两个矢量所定夺的平面，是向心力，促使电子遵守螺旋轨道搬动于磁场。螺旋轨道的半径称为反转半径。因为螺旋运动涉及加快率，电子会发射电磁辐射。关于这历程，非相对论性电子发射的电磁辐射称为旋绕辐射；而相对论性电子发射的则称为同步辐射。发射电磁辐射的同时，电子也会感应到一种后坐力，称为阿布拉罕-洛伦兹-狄拉克力，使得电子的搬动速率减缓。阿布拉罕-洛伦兹-狄拉克力，是由电子本身发生的电磁场，施加于自身自身的功使劲。

　　正在量子电动力学里，粒子与粒子之间转达电磁彼此功用的玻色子是光子。一个不呈加快率运动的寥寂电子，是无法发射或罗致可靠光子的。由于，如许做会违背能量守恒定律和动量守恒定律。然而，虚光子不须依照这禁忌。虚光子可能继承传输动量于两个带电粒子之间的义务。比方，两个带电粒子互交友换虚光子这作为，酿成了库仑力。假设，一个搬动中的电子，感应到一个带电粒子（像质子）所发生的电场的库仑力，而发生偏转，则电子会由于加快率运动而发射电磁辐射，这称为轫致辐射。

　　康普顿散射是光子与自正在电子之间的弹性碰撞。这种碰撞涉及动量和能量的传输于两个粒子之间，会转化光子的波长。转化的波长差值称为

　　是光速。电子的康普顿波长为2.43 × 10−12 m。关于长波长的光波（比方，可见光的波长域为0.4–0.7 μm），康普顿波长会显得相当轻微，称这种散射为汤姆孙散射。

　　当电子与正子彼此碰撞时，它们会彼此湮灭对方，同时天生两个以上，偶数的伽马射线°相对角度发射出去。假若，可能大意电子和正子的动量，则这碰撞或者会先酿成电子偶素原子，然后再湮灭成为两个0.511 MeV伽马射线光子。

　　逆反过来，高能量光子可能变动为一个电子和一个正子，这标准称为成对发生。不过，因为违背了动量守恒定律，独立光子不或者会发天生对发生。只要正在像原子核等等的带电粒子左近，因为库仑功用，能量大于1.022 MeV的光子才有或者发天生对发生。

　　轻子的量子态是由依照狄拉克方程的狄拉克旋量来表达。狄拉克旋量有四个复值分量，可能用投影算符遵守手征性分为左手个别与右手个别。按照弱彼此功用表面，电子狄拉克旋量的左手个别会与电中微子狄拉克旋量酿成弱同位旋二重态。关于弱彼此功用，电中微子的物理行径有点好像电子。二重态的任何一个成员，都可能发射或罗致一个W玻色子，从而变动为另为一个成员。这历程称为电性流彼此功用。W玻色子带有一个单元电荷，这抵消了正在迁变时，任何净电量转化，这历程依照电荷守恒定律。放射性原子的贝塔衰变形象所涉及的即是电性流彼此功用。电子和电中微子可能互交友换Z玻色子，这历程称为中性流彼此功用，中微子-电枪弹性散射所涉及的即是中性流彼此功用。

　　原子内部有一个原子核与一群被原子核管造的电子。因为库仑力的功用，原子内的电子被原子核吸引与管造。假若，管造电子的数量不等于原子核的质子数量，则称此原子为离子。正在原子内，原子轨域描绘管造电子的物理行径。每一个原子轨域都有自身奇异的一组离散的量子数，像主量子数、角量子数和磁量子数。关于原子轨域，主量子数设定能级，角量子数给出轨角动量，而磁量子数则是轨角动量关于某特定轴的（量子化的）投影。按照泡利不相容道理，每一个原子轨域只可被两个电子霸占，而这两个电子必需有破坏称的的自旋波函数，一个自旋向上，另一个自旋向下。

　　处于一个轨域的电子电子，原委发射或罗致光子的历程，可能跃迁至此表一个轨域。发射或罗致的光子的所涉及的能量必需等于轨域能级的差值。除了这种步骤以表，电子也可能借着与它粒子的碰撞，或靠着俄歇效应，跃迁至其它轨域。假若，赐与管造电子的能量大于其管造能，则这管造电子可能逃离原子，成为自正在电子。比方，正在光电效应里，一个能量大于原子电离能的入射光子，被电子罗致，使得电子有足够的能量逃离原子。

　　电子的轨角动量是量子化的。因为电子带有电荷，其轨磁矩与轨角动量成正比。原子的净磁矩是原子核与每一个电子的轨磁矩和自旋磁矩的总矢量和（欲晓得更周密的原料，请参阅自旋-轨道功用）。不过，与电子的磁矩比拟，核磁矩显得超幼，可能大意。处于同样轨域的两个偶电子会彼此抵销对方的自旋磁矩。

　　原子与原子之间的化学键是由于电磁功用而酿成的，这物理行径可能用量子力学表面来描绘。几种常见的化学键为离子键、共价键和金属键。正在离子化合物里，正离子和负离子会通过静电功用酿成离子键。正在共价化合物里，原子与原子之间通过共用电子酿成共价键。正在金属里，自正在电子与陈设成晶格状的金属离子之间的静电吸引力酿成金属键。分子是由多个原子正在共价键中透过共用电子毗邻一块而酿成。

　　正在分子内部，电子的运动会同时感应到几个原子核的影响。电子占据分子轨域，就近似正在寥寂原子内部占据原子轨域一律。正在分子布局里，一个很要紧的身分是电子偶的存正在。电子偶是两个自旋相反的电子构成；依照泡利不相容道理，这两个电子共处于统一个分子轨域，就近似处于统一个原子轨域一律。分歧的分子轨域有分歧的电子概率密度漫衍。比方，共价键电子偶（实践毗邻原子正在一块的共价键的电子偶）的电子，最常处于原子之间比拟幼的空间。反过来说，非共价键电子偶的电子会漫衍于盘绕着原子核的比拟大的空间。

　　假若，一个物体所具有的电子数目与质子数目不相当，则此物体带有净电荷。当电子数目比拟多的时刻，称此物体带有负电；而当电子数目比拟少的时刻，称此物体带有正电；又当电子数目与质子数目相当时，称此物体为电中性。一个巨观物体可能通过摩擦而带有净电荷，称此效应为摩擦起电效应。搬动于真空的独立电子称为

　　。自正在电子不管造于原子内。正在金属内的电子的物理行径恰似自正在电子。实践而言，这些正在金属内的电子是

　　。更留神而言，它们是准粒子，所具有的电荷量、自旋、磁矩，与可靠电子的等值；不过有用质料不等值。当自正在电子搬动于金属或真空时，它们会形成电荷的净活动，称为电流。载流导线是载有电流的导线。盘绕着载流导线的周围，会天生磁场；而跟着时刻而转化的磁场，称为含时磁场，又会天生电流。这些电磁形象的物理行径，可能用麦克斯韦方程组来描绘。电导率是体现物质传输电流的才略的一种衡量值。当施加电压于导体的两头时，电子会从低电势处朝着高电势处搬动，因此发生电流。遵照旧例，关于导体，电流的偏向与电子搬动的偏向正好相反。铜和金都是精良导体；而玻璃和橡胶则都是不良导体。正在电介质里，电子管造于各自所属的原子内，电介质的本质就近似绝缘质一律。金属物质具有电子能带布局，其电子能带还没有一律被电子填满。这些尚未填满的电子能带，容许金属内少少电子的行为，恰似自正在电子或离域电子大凡，与任何一个原子都没有连接。当施加电场于金属时，这些电子可能自正在的搬动于金属，就像气体搬动于其容器内大凡，称这些电子为费米气体。正在导体里，因为电子与原子之间的碰撞，电子的漂移速率约莫为每秒几厘米。不过，正在导体内部某身分电子密度的转化，传抵达其它身分的速率，称为散播速率，常常约莫是光速的75%。这是由于电子讯号的散播好像光波，散播速率与物质的相对电容率相闭。

　　金属的热传导性优良。闭键源由是离域电子可能正在原子与原子之间自正在的传输热能。不过，与电导率分歧的是，热导率简直与温度无闭。维德曼-夫兰兹定律通晓的阐明这联系：热导率与电导率的比率跟温度成正比。金属晶格因热能而发生的无序形象，使得物质的电阻率加添，从而形成电导率与温度相闭。

　　当低落温度至低于临界温度时，物质会发作相变，从一种相态猝然造成另一种相态。假若正在这同时，涌现电阻变为零的形象，电流可能毫无损耗的活动于物质，则称此形象为超导形象。BCS表面是疏解这超导形象的量子表面。BCS表面以为，这量子行径可能用库珀对模子来疏解。库珀对是处于玻色-爱因斯坦凝固量子态的成对的电子；它们的运动，通过晶格的振动（称为声子），与附近原子耦合，以是避免了与原子碰撞的机缘。如许，就不会有电阻涌现了。高温超导形象的运作机造与根底表面依然欠亨晓。

　　正在固态导体内，电子是准粒子。当将温度厉刻地把握于亲昵绝对零度时，电子的物理行径变得近似割裂为此表两个准粒子，旋子和洞子。旋子具有自旋和磁矩；而洞子则带有电荷。

　　按照爱因斯坦的狭义相对论，有关于观测者的参考系，电子的搬动速率越速，电子的相对论本质料（总能量）也越大，因此使得电子连续加快所须要的能量越来越大，正在亲昵光速时，趋势于无量大。以是电子的搬动速率可能亲昵光波正在真空的散播速率

　　）入射于这一类的电介质，则相对论性电子正在此电介质内的搬动速率，会一时地大于光波散播于此电介质的速率

　　。当相对论性电子搬动于此类电介质内部时，因为与电介质彼此功用，会发生一种很轻微的辐射，称为切连科夫辐射。

　　比方，斯坦福直线加快器可能将电子加快到约莫51 GeV。因为电子的静质料约莫为0.51 MeV，对应的

　　约莫为2.4 × 10−17，这波长的尺寸相当轻微，因此，实践者可能用电子来周密地探测原子核的内部布局。

　　正在浩瀚疏解宇宙早期演化的表面中，大爆炸表面是比拟也许被物理学界遍及接收的科学表面。正在大爆炸的最初几秒钟时刻，温度远远高过100亿K。那时，光子的均匀能量赶上1.022 MeV良多，有足够的能量来天生电子和正子对。这历程称为电子正子成对发生，以公式表达为

　　同时，电子和正子对也正在大领域地彼此湮灭对方，而且发射高能量光子。正在这短暂的宇宙演化阶段，电子，正子和光子勤恳地支撑着微妙的平均电子。不过，由于宇宙正正在速捷地膨胀中，温度连续转凉，正在10秒钟时刻，温度已降到30亿K，低于电子-正子天生历程的温度底限100亿K。以是，光子不再拥有足够的能量来天生电子和正子对，大领域的电子-正子天生事变不再发作。然而，电子和正子仍然连续络续地彼此湮灭对方，发射高能量光子。因为某些尚未确定的身分，正在轻子天生历程中，天生的电子多于正子。

　　不然，假若电子数目与正子数目相当，现正在就没有电子了！不单如许，因为一种称为重子错误称性的景遇，质子的数量也多过反质子，约莫每1亿个粒子关于光子中，就会有一个格表的质子。很巧地，电子存留的数量跟质子多过反质子的数量正好相当。以是，宇宙净电荷量为零，呈电中性。

　　假若温度高于10亿K，任何质子和中子连接而酿成的重氢，会立即被高能量光子光解。正在大爆炸后100秒钟，温度仍然低于10亿K，质子和中子连接而成的重氢，不再会被高能量光子光解，存留的质子和中子最先彼此参予反响，酿成各样氢的同位素和氦的同位素，和微量的锂和铍。这历程称为太初核合成。

　　正在约莫1000秒钟时，温度降到低于4亿K。核子与核子之间，不再能靠着高速率随机碰撞的机造，征服库仑障壁，互毗连近，发生核聚变。以是，太初核合成历程无法举行，太初核合成阶段大致了结。任何盈利的中子，会由于半衰期约莫为614秒的负贝塔衰变，变动为质子，同时释出一个电子和一个反电中微子：

　　正在自此的377,000年岁月，电子的能量依然太高，无法与原子核连接。正在这功夫之后，跟着宇宙逐步地降温，原子核最先管造电子，酿成中性的原子。这历程称为复合。正在这相当速的复合历程功夫之后，大大都的原子都成为中性，光子不再会很容易地与物质彼此功用。光子也可能自正在地搬动于透后的宇宙。

　　大爆炸的一百万年之后，第一代恒星最先酿成。正在恒星内部，恒星核合成历程的各样核聚变，会形成正子的天生（参阅质子-质子链反响和碳氮氧轮回）。这些正子立即会与电子彼此湮灭，同时开释伽马射线。结果是电子数量巩固地递减，跟中子数量对应地加添。恒星演化历程聚合成各样各样的放射性同位素。有些同位素随后会始末负贝塔衰变，同时发射出一个电子和一个反电中微子结果是电子数量加添，跟中子数量对应地削减。比方，钴-60（60Co）同位素会因衰变而酿成镍-60。

　　质料赶上20太阳质料的恒星，正在它性命的尽头，会始末到引力坍缩，因此造成一个黑洞。按拍照对论表面，黑洞所拥有的超强引力，足可阻拦任何物体逃离，以至电磁辐射也无法逃离。不过，物理学家以为，量子力学效应或者会首肯电子和正子天生于黑洞的事变视界，因此使得黑洞发射出霍金辐射，。

　　当一对虚粒子，像正子-电子虚偶，天生于事变视界或其附近区域时，这些虚粒子的随机空间漫衍，或者会使得个中一个虚粒子，涌现于事变视界的表部。这历程称为量子隧穿效应。黑洞的引力势会需要能量，使得这虚粒子变动为可靠粒子，辐射逃离黑洞。这辐射标准称为霍金辐射。正在另一方面，这标准的价钱是，虚偶的另一位成员获得了负能量。这会使得黑洞净吃亏少少质能。霍金辐射的发射率与黑洞质料成反比；质料越幼，发射率越大。如许，黑洞会越来越速地蒸发。正在最终的0.1秒，超大的发射率可能类比于一个大爆炸。

　　宇宙线是遨游于太空的高能量粒子。物理学者一经衡量到能量高达3.0 × 1020 eV的粒子。当这些粒子进入地球的大气层，与大气层的核子发作碰撞时，会天生一射丛的粒子，征求π介子。μ子是一种轻子，是由π介子正在高层大气衰变而发生的。正在地球皮相观测到的宇宙线，赶上折半是μ子。半衰期为2.2微秒的μ子会因衰变而发生一个电子或正子。确切的π−介子反响式为

　　靠着侦测电子的辐射能量，天文学家可能远隔断地观测到电子的各样形象。比方，正在像恒星日冕一类的高能量处境里，自正在电子会酿成一种借着造动辐射来辐射能量的等离子体。电子气体的等离子体振荡是一种颠簸，是由电子密度的速捷振撼所发生的颠簸电子。这种颠簸会形成能量的发射。天文学家可能利用无线电千里镜来侦测这能量。按照普朗克联系式，光子的频率与能量成正比。当一个管造电子跃迁于原子的分歧能级的轨域之间时，管造电子会罗致或发射拥有特定频率的光子。比方，当照耀宽带光谱的光源所发生的光波于原子时，特色罗致光谱会涌现于透射辐射的光谱。每一种元素或分子会显示出一组特色罗致光谱电子，像氢光谱。光谱学特意探索光谱线的强度和宽度。留神理解这些数据，即可得知物质的构成元素和物理本质。

　　正在实践室操控条目下，电子与其它粒子的彼此功用，可能用粒子侦测器来留神巡视。电子的特色本质，像质料、自旋和电荷等等，都可能加以衡量考验。四极离子阱和潘宁阱可能长时刻地将带电粒子限定于一个很幼的区域。如许，科学家可能切确地衡量带电粒子的本质。比方，正在一次实践中，一个电子被限定于潘宁阱的时刻长达10个月之久。1980年，因为各样先端科技的告成繁荣，电子磁矩的实践值仍然抵达11个位数的准确度。正在那时刻，是全数由实践获得的物理常数中，准确度最高的物理常数。

　　2008年2月，隆德大学的一组物理团队最先拍摄到电子能量漫衍的视讯影像。科学家利用相当短暂的闪光，称为

　　正在固态物质内，电子的漫衍可能用角别离光电子能谱学来显像。行使光电效应表面，这科技照耀高能量辐射于样品，然后衡量光电发射的电子动能漫衍和偏向漫衍等等数据。留神地舆解这些数据，即可推论固态物质的电子布局。5、行使界限

　　电子束焊接是行使于焊接界限的电子束科技。这焊接办艺也许将高达107瓦特／厘米2能量密度的热能，聚焦于直径为0.3–1.3毫米的轻微区域。利用这手艺，技工可能焊接更深浸的物件，限定大个别热能于狭幼的区域，而不会转化左近物质的材质。为了避免物质被氧化的或者性，电子束焊接必需正在真空内举行。不适合利用浅显步骤焊接的传导性物质，可能思量利用电子束焊接。正在核子工程和航天工程里，有些高代价焊接工件不行接收任何瑕疵。这时刻，工程师时常会抉择利用电子束焊接来竣工劳动。电子束平版印刷术是一类别离率幼于1毫米的蚀刻半导体的步骤。这种手艺的误差是本钱兴奋、标准徐徐、必需操作于真空内、尚有，电子束正在固体内很速就会散开，很难支撑聚焦。最终这误差限定住别离率不行幼于10纳米。以是，电子束平版印刷术闭键是用来造作少数目非常的集成电途。

　　电子束照耀手艺利用电子束来照耀物质。为了要转化物质的物理本质或灭除医疗物品和食物所含有的微生物，可能思量利用电子束照耀手艺。做为放射线疗法的一种，直线型加快器造备的电子束可能用来照耀浅表性肿瘤。因为正在被罗致之前，电子束只会穿透有限的深度（能量为5–20 MeV的电子束常常可能穿透5厘米的生物体），电子束疗法可能用来医疗像基内情胞癌一类的皮肤病。电子束疗法也可能辅帮歇养已被X-射线照耀过的区域。

　　粒子加快器利用电场来加添电子或正子的能量，使这些粒子具有高能量。当这些粒子通过磁场时，它们会放射同步辐射。因为辐射的强度与自旋相闭，因此形成了电子束的偏振。这历程称为索克洛夫-特诺夫效应。良多实践都须要利用偏振的电子束为粒子源。同步辐射也可能用来低落电子束温度，削减粒子的动量偏向。一当粒子抵达哀求的能量，使电子束和正子束发作彼此碰撞与湮灭，这会惹起能量的发射。侦测这些能量的漫衍，留神探索理解实践数据，物理学家可能通晓电子与正子碰撞与湮灭的物理行径。

　　低能电子衍射手艺（LEED）照耀准直电子束（collimated electron beam）于晶体物质，然后按照观测到的衍射图样，来估计物质布局。这手艺所利用的电子能量常常正在20–200 eV之间。反射高能电子衍射（RHEED）手艺以低角度照耀准直电子束于晶体物质，然后搜聚反射图样的数据，从而估计晶体皮相的原料。这手艺所利用的电子的能量正在8–20 keV之间，入射角度为1–4°。

　　电子显微镜将聚焦的电子束入射于样本。因为电子束与样本的彼此功用，电子的本质，像搬动偏向、相对相位和能量，城市有所转化。留神地舆解这些实践搜聚到的数据，即可获得别离率为原子尺寸的影像。利用蓝色光，浅显的光学显微镜的别离率，因受到衍射限定，只可抵达200纳米；彼此比拟，电子显微镜的别离率，则是受到电子的德布罗意波长限定，关于能量为100 keV的电子，别离率约莫为0.0037纳米。像差修改穿透式电子显微镜也许将别离率降到低于0.05纳米，也许通晓地观测到一面原子。这才略使得电子显微镜成为，正在实践室里，高别离率成像不行缺乏的仪器。不过，电子显微镜的代价腾贵，珍重不易。正在操作电子显微镜时，样品处境须要支撑真空，科学家无法观测活生物。

　　电子显微镜闭键分为两品种式：穿透式和扫描式。穿透式电子显微镜的操作道理好像高架式投影机，将电子束瞄准于样品切片发射，穿透过的电子再用透镜投影于底片或电荷耦合元件。扫描电子显微镜用聚焦的电子束扫描过样品，就近似正在显示机内的光栅扫描。这两种电子显微镜的放大率可从100倍到1,000,000倍，以至更高。行使量子隧穿效应，扫描地道显微镜将电子从敏锐的金属针尖隧穿至样品皮相。为了要支撑巩固的电流，针尖会跟着样品皮相的上下而搬动，如许，即可获得别离率为原子尺寸的样本皮相影像。

　　正在自正在电子激光里，相对论性电子束会搬动通过一对波荡器。每一个波荡器是由一排磁偶极矩构成，其磁场的磁偶极矩瓜代地指向相反偏向。因为这些磁场的功用，电子会发射同步辐射；而这辐射会相闭地与电子彼此功用，会正在共振频率惹起辐射场的猛烈放大。自正在电子激光也许发射相闭的高辐射率的电磁辐射，并且频域相当开阔，从微波到软X-射线。这元件可能行使于造功课、通信业和各样医疗用处，像软结构手术。

　　现阶段已运转的自正在电子激光有美国斯坦福直线加快器中央的直线加快器相闭光源（LCLS）、德国电子加快器的汉堡自正在电子激光（Free-electron LASer in Hamburg, FLASH）与正正在筑造的欧洲X射线自正在电子激光（E-XFEL）。筑成之后，E-XFEL将会是全国上领域最大，能量最高的自正在电子激光装配。

　　阴极射线管的主题观点为，洛伦兹力定律的行使于电子束。阴极射线管遍及的利用于实践式仪器显示器，电脑显示器和电视。正在光电倍增管内，每一个击中年光极的光子会由于光电效应惹起一堆电子被发射出来，形成可侦测的电流脉波。一经正在电子科技研发饰演要紧的脚色，真空管借着电子的活动来操作电子信号；不过，这元件现正在已被晶体管一类的固态电子元件庖代了。

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