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 ber
difraksi 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 |
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
1⁄2.
[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
1⁄2.
[60] Sifat ini biasanya dinyatakan dengan merujuk elektron sebagai partikel spin-
1⁄2.
[59] Untuk partikel seperti ini, besaran spinnya adalah
√3⁄2 ħ[cat 3] manakala hasil pengukuran proyeksi spin pada sumbu apapun hanyalah dapat bernilai ±
ħ⁄2. 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 × 10
26 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.
) di sebuah benda dan infinitesimal posisi benda (
).
) sebuah benda dan infinitesimal momentum benda (
).
![\!\, \sqrt[b]{a}](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_t1w5-OEbh-cF4OdvJKiLgaKPU3Z_JKJ9XPsfnQ2WGT85I9Z_frMyZJFNLNJ4ePOIkhSOq9VRz_ntKegoh3VtKqse4PrhvYFAz-rmR45-tt1b_SIFuJqYjqVEuarHk5Vy226xMcc2vrpLCsN8VUIA=s0-d)
![\!\, \log(\sqrt[b]{a}) = \frac{\log(a)}{b}](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_vOssH2Q9Hn7RuWa7FYF4G-Cik1CGY6m0RBXRksPK9VxFH0pvwoHOka2-ctJFWQRus4hhI3uyB6DArS_7ywf9z-xID_7XpryK3qzRc4L54alylhmNvYfBy6Yo-XCvbJhszFxyk8ngdYYMVuMnq1zA=s0-d)
