物理学家如何测量基本粒子的质量,电子的质量

世界上的电子总质量真的只有几十克吗?
【物理学家如何测量基本粒子的质量,电子的质量】

物理学家如何测量基本粒子的质量,电子的质量


几十克?太少了吧?我们来算算就知道了——不算不知道,一算吓一跳!1克电子是多少个?一个电子的质量为 9.11×10^-28g 。因此,1克纯电子构成的物质包含1.098×10^27个电子 。地球总共有多少个电子?估算地球总电子数最巧妙的方法是计算地球上的质子总数,因为电中性物体的电子总数等于质子总数 。地球基本上算是电中性的物体,而且是巨大的物体,虽然每时每刻有无数的带电粒子轰击地球,但造成的痕量电荷可以忽略 。
上图:电中性的原子,质子数和电子数相等 。构成地球的主要元素是铁(35%),氧(30%),硅(15%)和镁(13%) 。平均而言,这些元素的质子质量约占总质量的49%,原子质量的其他51%由中子组成,但中子不带电荷 。上述这些元素占到地球的93%,剩下7%,时元素周期表中的其余元素,大致也具有相似的质子-中子比,除了氢的最主要的同位素氕以外,但氕对地球质量的贡献可忽略不计 。
上图:所有化学元素及同位素的质子中子数散点图,途中斜线是质子中子比为1:1的界线(Z=质子,N=中子),可以看出,质子中子比略微偏离1:1的比例,随着原子序数上升,中子数比例略微偏高 。质子和中子的质量大致相同,因此将地球质量乘以0.49即可得出所有质子的总质量 。在此计算中,您完全可以忽略电子本身的质量,因为它们的质量太小了,小于质子质量的1/1840 。
地球总重5.97×10^24千克 。将此乘以0.49,便得到2.93×10^24千克(质子总重),再将其除以单个质子的质量1.67×10^-27千克,可以算出地球上总共大约有1.75×10^51个质子,那么电子数量应该与此相同 。计算地球电子总重将电子总数1.75 x 10^51个除以每克电子数量1.098×10^27=?1.5938069216757741347905282331512?×10^21千克 。
实际上电子总质量只会比质子总质量少三个数量级(3个0)左右 。因为前面说了,电子的质量小于质子质量的1/1840,因此只有大约三个数量级的差别 。上图:电子的质量大概是质子或中子质量的1840分之一 。结论我们计算了,但因为质子质量与电子质量只有三个数量级的差异,因此既然地球质子总质量高达2.93×10^24千克,那么电子的质量大约就是在10的21次方千克这个级别,因此题主的说法是错误的 。

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