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098 世 界学 Shi Jie Xue

四、电子和其他轻子层次

主要包括电子、电子中微子、μ 子和 μ 子中微子、τ 子和 τ 子中微子。

（一）电子

1. 电子的发现和性质
电子是一种基本的粒子，目前无法再分解为更小的物质。其直径是质子的 0.001

倍，重量为质子的 1/1836。电子围绕原子核做高速运动。电子通常排列在各个能量
层上。当原子互相结合成为分子时，在最外层的电子便会由一原子移至另一原子或

成为彼此共享的电子。原子内部有原子核和电子，原子核里是质子和中子。质子带
正电数目和电子相等，电子带负电。
电子十分稳定，估计其寿命 140 亿年以上，比迄今推测的宇宙年龄还要长得多。

直到 19 世纪末，原子一直被认为是物质的基本建筑砌块。后来，英国粒子物
理学先驱、剑桥卡文迪什实验室的（Joseph John Thomson，1856—1944），发现原

子产生的一种辐射能够用原子自身分裂出来的带电微粒流来解释，知道这种带电微
粒就是电子。

1897 年汤姆森重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，
他观察出负极射线的偏转，并计算出负级射线粒子（电子）的质量 - 电荷比例，因

此获得了 1906 年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用 1891 年乔治·斯托尼所起的名
字——电子来称呼这种粒子。
电子被归在亚原子粒子中的轻子类。电子带有二分之一自旋，满足费米子的条

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件。电子所带电荷约为 -1.6×10 -19 库仑，质量为 9.10956×10 kg（0.51MeV/c ）。
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通常被表示为 e 。与电子电性相反的粒子被称为正电子，它带有与电子相同的质量，
自旋和等量的正电荷。电子在原子内做绕核运动，能量越大距核运动的轨迹越远，
有电子运动的空间叫电子层，每一层的电子都有一定的数目。最后一层的电子数量

决定物质的化学性质是否活泼，1、2、3 电子为金属元素，4、5、6、7 为非金属元
素，8 为稀有气体元素。

物质的电子可以失去也可以得到，物质具有得电子的性质叫做氧化性，该物质
为氧化剂；物质具有失电子的性质叫做还原性，该物质为还原剂。物质氧化性或还
原性的强弱由得失电子难易决定，与得失电子多少无关。