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電子的裡面是什麼?它們有實體嗎?

物質的基本組成是原子,原子的基本組成之一是電子。那麼,電子裡面到底是什麼?是否有實體呢?

根據粒子物理標準模型,電子被認為是一種基本粒子,它們無法再進行分割,它們不是由更小的粒子組成。即便在當今最為強大的粒子加速器——大型強子對撞機之中,電子也沒有呈現出任何的內部結構。

另一方面,電子是有實體的,它們是真實存在的,湯姆遜最早發現了這種粒子。電子是一種輕子,雖然質量很小,但仍然有質量,其質量約為9.109×10^-31千克。與質子相比,電子的質量要小得多,質子的質量相當於電子的1836倍。質子並非是基本粒子,它們是由夸克組成。

從希格斯機制看來,電子之所以擁有質量,是因為它們穿過希格斯場之後會減速,它們會與希格斯玻色子發生相互作用,從而獲得質量。也正因為如此,被希格斯場減速後的電子無法以光速運動。而光子不會被希格斯場減速,它們的速度始終維持光速。

既然電子是存在的,它們又有多大呢?

迄今為止,所有實驗都表明,電子是點大小的,這意味著它們的大小為零。不過,這些實驗不能絕對精確地分辨出電子的尺寸,已知電子半徑小於10^-16米。根據理論預言,電子的半徑小於10^-20米。

在量子力學中,電子被認為是彼此完全相同的,因為沒有內在的物理性質可以用來區分它們。因此,電子可以互相交換位置而不引起系統中可見的變化。

另外,如果根據弦理論,電子也不是最基本的結構。在弦理論看來,包括電子在內的所有基本粒子都是由振動的弦所組成。只是弦的不同振動方式表現出了不同的行為,由此產生了我們所探測到的各種基本粒子。

雖然弦理論是一套自洽的物理學模型,並且未來有望成為大統一理論,但目前物理學家並無法通過實驗來驗證弦理論,因為實驗所需的能量遠超現有粒子加速器所能達到的水平。

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