Էլեկտրոն-վոլտ

էլեկտրոն-վոլտ (հազվադեպ էլեկտրոնվոլտ, հայերեն նշանակումը՝ էՎ, միջազգայինը՝ eV), էներգիայի արտահամակարգային չափման միավոր, որը օգտագործվում է ատոմային և միջուկային ֆիզիկայում, տարրական մասնիկների ֆիզիկայում, ինչպես նաև ֆիզիկային մոտ ոլորտներում (կենսաֆիզիկայում, քիմիական ֆիզիկայում, աստղաֆիզիկայում և այլուր)։

Հիմնական տեղեկություններ

Մեկ էլեկտրոն-վոլտն այն էներգիան է, որը պահանջվում է էլեկտրաստատիկ դաշտում տարրական լիցքը 1 Վ պոտենցիալների տարբերություն ունեցող կետերի միջև տեղափոխելու համար։ Քանի որ $q$ լիցքի տեղափոխման աշխատանքը հավասար է $qU$ (որտեղ $U$ -ն պոտենցիալների տարբերությունն է), իսկ տարրական մասնիկների լիցքը, օրինակ՝ էլեկտրոններինը −1,602 176 6208(98)×10⁻¹⁹ Կլ է^[1], ապա

1 էՎ = 1,602 176 6208(98)×10⁻¹⁹ ջոուլ = 1,602 176 6208(98)×10⁻¹² էրգ։

Տարրական մասնիկների ֆիզիկայում սովորաբար էլեկտրոն-վոլտերով նշանակում են ոչ միայն էներգիան, այլ նաև տարրական մասնիկների $m$ զանգվածը^[2]^[3]^[4]։ Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ զանգվածի և էներգիայի համարժեքության ուժով գործում է $Е = mc 2$ , որտեղ $c$ -ն լույսի արագությունն է։ Քանի որ $c$ -ն հիմնարար հաստատուն է և չի փոխվում կախված պայմաններից, հետևաբար տարրական մասնիկի զանգվածը էլեկտրոն-վոլտերով արտահայտված էներգիայով բնութագրելը միարժեքորեն որոշում է զանգվածը ցանկացած ավանդական միավորների համար և թյուրիմացությունների չի հանգեցնում։

Զանգվածի միավորով 1 էվ = 1,782 661 907(11)×10⁻³⁶ կգ^[1], և հակառակը, 1 կգ = 5,609 588 650(34)×10³⁵ էՎ^[1]։ 1 զ. ա. մ. = 931,494 0954(57) ՄէՎ^[1]: Տարրական մասնիկների իմպուլսը ևս կարելի է չափել էլեկտրոն-վոլտերով (խստորեն ասած՝ էՎ/ $c$ )։ Էլեկտրոն-վոլտը, ի տարբերություն էներգիայի, որը բնութագրական է միջուկային պրոցեսների մեծամասնության համար, փոքր մեծոթյուն է, ավելի շատ օգտագործում են նրա բազմապատիկ միավորները՝

Կիլոէլեկտրոն-վոլտ (կէՎ)- 1000 էՎ
Մեգաէլեկտրոն-վոլտ (ՄէՎ)- 1 միլիոն էՎ
Գիգաէլեկտրոն-վոլտ (ԳէՎ)- 1 մլրդ էՎ
Տերաէլեկտրոն-վոլտ (ՏէՎ) - 1 տրլն էՎ

Տարրական մասնիկների վերջին սերունդները թույլ են տալիս հասնել մինչև մի քանի տերաէլեկտրոն-վոլտի (ՏէՎ)։ 1 ՏէՎ-ը մոտավորապես հավասար է թռչող մոծակի էներգիային^[5] (կինետիկ)։ Ջերմաստիճանը, որը համարվում է տարրական մասնիկների միջին կինետիկ էներգիայի սահման՝ նույնպես երբեմն արտահայտվում է էլեկտրոն-վոլտերով՝ ելնելով միատոմ իդեալական գազի մասնիկների էներգիայի և ջերմաստիճանի $E կին = 3 ⁄ 2 kТ$ ^[3] առնչությունից։ Ջերմաստիճանային միավորով 1 էՎ համապատասխանում է 1,160 452 21(67)×10⁴ Կելվին^[1] (տես Բոլցմանի հաստատուն)^[6]։

Էլեկտրոն-վոլտերով են չափվում էլեկտրամագնիսական ճառագայթման քվանտի՝ (ֆոտոնի) էներգիան։ $ν$ հաճախությամբ մասնիկների էներգիան էլեկտրոն-վոլտերով հավասար է $h ν/ E էՎ$ , իսկ $λ$ ալիքով ճառագայթումը՝ $hc /(λ E էՎ)$ , որտեղ $h$ -ը Պլանկի հաստատունն է, իսկ $E էվ$ -էներգիան է, որը հավասար է 1 էՎ, արտահայտված է այն նույն միավորների համակարգով, ինչ և $h$ -ը, $ν$ -ն և $λ$ -ն։ Քանի որ ուլտրառելյատիվիստիկ մասնիկների համար, այդ թվում ֆոտոնների, $λ E = hc$ , հետևաբար տրված ալիքի երկարությամբ մասնիկների էներգիան որոշելու համար (նաև հակառակը) հաճախ օգտակար է փոխարկման գործակիցը՝ էՎ·նմ, որը իրենից ներկայացնոմ է Պլանկի հաստատունի և լույսի արագության արտադրյալ։ $hc$ = 1239,841 9739(76) $hc$ = 1239,841 9739(76) էՎ·նմ^[1] ≈ 1240 էՎ·նմ Այսպես, 1նմ ալիքի երկարություն ունեցող ֆոտոնի էներգիան 1240 էՎ, 10 էՎ էներգիա ունեցող լույսի ալիքը հավասար է 124 նմ երկարություն և այլն։ Քիմիայում հաճախ օգտագործվում է էլեկտրոն-վոլտի մոլային համարժեքը։ Եթե 1 մոլ էլեկտրոնները կամ նույնանուն լիցքերը տեղափոխեն 1 Վ պոտենցիալների տարբերությամբ կետեր, ապա այն ձեռք է բերում (կամ կորցնում է) $Q$ = 96 485,332 89(59) Ջ էներգիա^[1], որը հավասար է 1 էՎ-ի և Ավոգադրոյի հաստատուն արտադրյալին։ Այս մեծությունը թվապես հավասար է Ֆարադեյի հաստատունին։ Նույն ձևով, եթե քիմիական ռեակիցիայի ժամանակ 1 մոլ նյութը անջատում (կամ կլանում) է 96,5 Ջ, ապա համապատասխանաբար յուրաքանչյուր մոլեկուլ կորցնում է (կամ ստանում է) 1 էՎ էներգիա։ էլեկտրոն-վոլտերով է չափվոմ նաև տարրական մասնիկների և մյուս քվանտամեխանիկական վիճակների $Γ$ տրոհման լայնությունը, օրինակ՝ միջուկային էներգիական վիճակներինը։ Տրոհման լայնությունը վիճակի էներգիայի անորոշությունն է, որը $τ$ կյանքի տևողության հետ կապված է անորոշությունների առնչություններով`

Γ = ħ/τ։

1 էՎ տրոհման լայնություն մասնիկն ունի 6,582 119 514(40)×10⁻¹⁶ վ^[1] կյանքի տևողություն։ Համանման ձևով 1վ կյանքի տևողությամբ քվանտամեխանիկական վիճակն ունի 6,582 119 514(40)×10⁻¹⁶ էՎ լայնություն։

«էլեկտրոն-վոլտ» տերմինն առաջիններից մեկն օգտագործել է ամերիկացի ինժեներ Կ. Կ. Դարոուն 1923 թվականին^[7]։

Բազմապատիկ և կոտորակային միավորներ

Միջուկային և բարձր էներգիաների ֆիզիկայում սովորաբար օգտագործվում են բազմապատիկ միավորներ. կիլոէլեկտրոն-վոլտ (կէՎ, keV, 10³ էՎ), մեգաէլեկտրոն-վոլտ (ՄէՎ, MeV, 10⁶ էՎ), գիգաէլեկտրոն-վոլտ (ԳէՎ, GeV, 10⁹ էՎ) և տերաէլեկտրոն-վոլտ (ՏէՎ, TeV, 10¹² էՎ)։ Տիեզերական ճառագայթների ֆիզիկայում նաև օգտագործվում են պետաէլեկտրոն-վոլտ (ՊէՎ, PeV, 10¹⁵ էՎ) և հեքսաէլեկտրոն-վոլտ (ՀէՎ, EeV, 10¹⁸ էՎ)։ Պինդ մարմինների գոտիների տեսությունում, կիսահաղորդիչների ֆիզիկայում և նեյտրինոյի ֆիզիկայում օգտագործում են կոտորակային միավորներ՝ միլիէլեկտրոն-վոլտ (մէՎ, meV, 10−3 էՎ)։

Էներգիաների և զանգվածների որոշ արժեքներ՝ արտահայտված էլեկտրոն-վոլտերով

Միջուկային տրոհման բնորոշ էներգիան
1 ՏՀց հաճախությամբ էլեկտրամագնիսական ճառագայթման քվանտի էներգիան	4,13 մէՎ
Սենյակային ջերմաստիճանում մեկ մոլեկուլի շարժման ջերմային էներգիան	0,025 էՎ
1240 նմ ալիքի երկարությամբ ֆոտոնի էներգիան (օպտիկական սպեկտրի մոտիկ ինֆրակարմիր տիրույթ)	1,0 էՎ
500 նմ ալիքի երկարությամբ ֆոտոնի էներգիան (տեսանելի օպտիկական սպեկտրի կանաչի և երկնագույնի սահման)	~2,5 էՎ
Ռիդբերգի հաստատուն (համարյա հավասար է ջրածնի ատոմի իոնացման էներգիային)	13,605 693 009(84) էՎ
Էլեկտրոնի էներգիան հեռուստացույցի ճառագայթային խողովակում	մոտ 20 կէՎ
Տիեզերական ճառագայթների էներգիան	1 ՄէՎ — 1×10²¹ էՎ
$\alpha$ -մասնիկներ	2—10 МէՎ^[8]
$\beta$ -մասնիկներ	0,1—6 ՄէՎ^[8]
$\gamma$ -մասնիկներ	0—5 ՄէՎ^[8]
Մասնիկների զանգվածներ
Նեյտրինո^[9]	Բոլոր երեք բույրերի գումարը < 0,28 էՎ
էլեկտրոն^[9]	0,510 998 9461(31) ՄէՎ^[1]
Պրոտոն^[9]	938,272 0813(58) ՄէՎ^[1]
Հիգսի բոզոն	125,09 ± 0,24 ԳէՎ^[10]
t-քվարկ^[9]	173,315 ± 0,485 ± 1,23 ԳէՎ^[11]
Պլանկի զանգված
$M_{P}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}$	1,220 910(29)×10¹⁹ ԳէՎ^[1]

Ծանոթագրություններ

↑ ^1,00 ^1,01 ^1,02 ^1,03 ^1,04 ^1,05 ^1,06 ^1,07 ^1,08 ^1,09 ^1,10 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
↑ «Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2012 թ․ հուլիսի 3-ին. Վերցված է 2012 թ․ հուլիսի 3-ին.
↑ ^3,0 ^3,1 Электронвольт // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7
↑ В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.
↑ Glossary — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics».(անգլ.)
↑ Conversion factors for energy equivalents
↑ Darrow K. K. Some Contemporary Advances in Physics(անգլ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110.
↑ ^8,0 ^8,1 ^8,2 «Gamma-Ray Spectrum Catalogue» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ մարտի 4-ին. Վերցված է 2015 թ․ հոկտեմբերի 31-ին.
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 Единицы измерения расстояний, энергий и масс
↑ «ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона». Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ ապրիլի 2-ին. Վերցված է 2015 թ․ հոկտեմբերի 31-ին.
↑ Свойства топ-кварка: результаты

Արտաքին հղումներ

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից (հ․ 4, էջ 35)։

[CODATA_allascii-1] 1,00 ^1,01 ^1,02 ^1,03 ^1,04 ^1,05 ^1,06 ^1,07 ^1,08 ^1,09 ^1,10 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing

[2] «Научно-популярный доклад на Президиуме РАН Л. Б. Окуня» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2012 թ․ հուլիսի 3-ին. Վերցված է 2012 թ․ հուլիսի 3-ին.

[ФЭ5-3] 3,0 ^3,1 Электронвольт // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 545. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7

[4] В учебной и научно-популярной литературе массы элементарных частиц чаще выражаются в единицах СИ или в а. е. м.

[5] Glossary — CMS Collaboration, CERN: «Electronvolt (eV): A unit of energy or mass used in particle physics».(անգլ.)

[6] Conversion factors for energy equivalents

[7] Darrow K. K. Some Contemporary Advances in Physics(անգլ.) // Bell System Technical Journal. — Vol. 2 (4). — P. 110.

[Spectrum_Catalogue-8] 8,0 ^8,1 ^8,2 «Gamma-Ray Spectrum Catalogue» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 2016 թ․ մարտի 4-ին. Վերցված է 2015 թ․ հոկտեմբերի 31-ին.

[collider2-9] 9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 Единицы измерения расстояний, энергий и масс

[10] «ATLAS и CMS обнародовали совместное измерение массы хиггсовского бозона». Արխիվացված է օրիգինալից 2015 թ․ ապրիլի 2-ին. Վերցված է 2015 թ․ հոկտեմբերի 31-ին.

[11] Свойства топ-кварка: результаты

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]