Électron - Définition
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Observation
Les appareils de laboratoire usuels sont destinés à mesurer des différences de potentiel, des intensités de courant, des fréquences, avec de nombreuses spécialisations. Mais il est moins connu qu'ils sont aussi capables de contenir et d'observer des électrons individuels, ainsi que des plasmas d'électrons, tandis que des télescopes dédiés peuvent détecter les plasmas d'électrons dans le cosmos. Les électrons ont beaucoup d'applications, allant du soudage aux accélérateurs de particules en passant par les tubes cathodiques, les microscopes électroniques, la radiothérapie ou les lasers à électrons libres.
Les aurores polaires sont principalement provoquées par des électrons énergiques pénétrant dans l'atmosphère.
L'observation à distance des électrons exige la détection de l'énergie qu'ils rayonnent. Par exemple, dans des environnements riches en énergie comme la couronne des étoiles, les électrons libres forment un plasma qui rayonne de l'énergie par bremsstrahlung. Le gaz d'électrons peut subir une onde de plasma, qui consiste en ondes provoquées par des variations synchronisées de la densité d'électrons, ce qui provoque des émissions d'énergie détectables avec des radiotélescopes.
La fréquence d'un photon est proportionnelle à son énergie. Quand un électron passe d'un niveau d'énergie d'un atome à un autre, il absorbe ou émet un photon à une fréquence caractéristique. En fait, quand les atomes sont irradiés par une source à spectre large, des raies d'absorption apparaissent dans le spectre du rayonnement transmis. Chaque élément ou molécule montre un ensemble caractéristique de raies spectrales, comme le spectre d'absorption de l'hydrogène. Les mesures spectroscopiques de l'intensité et de la largeur de ces raies permet de déterminer la composition et les propriétés physiques d'une substance.
Dans les conditions de laboratoire, les interactions d'un seul électron peuvent être observées au moyen de détecteurs de particules, ce qui permet la mesure des propriétés spécifiques telles que l'énergie, le spin ou la charge. La mise au point des pièges de Paul et de Penning permet de contenir des particules chargées dans un petit volume pour de grandes durées. Ceci permet des mesures précises des propriétés des particules. Dans une occasion, on a utilisé un piège de Penning pour contenir un électron unique pendant 10 mois. Le moment magnétique de l'électron a été mesuré avec une précision de 11 chiffres significatifs, ce qui, en 1980, était une précision supérieure à la mesure de toute autre constante physique.
Les premières images vidéo de la distribution en énergie d'un électron ont été capturées par un groupe de l'université de Lund en Suède, en février 2008. Les scientifiques ont utilisé des flashs très brefs de lumière (impulsions de 1 attoseconde, soit 10-18 s), qui ont permis pour la première fois d'observer le mouvement de l'électron.
La distribution des électrons dans les solides peut être visualisée par Spectrométrie photoélectronique UV analysée en angle (aussi connue sous le sigle anglais ARPES, pour angle resolved photoemission spectroscopy). Cette technique utilise l'effet photoélectrique pour mesurer le réseau réciproque – représentation mathématique des structures périodiques utilisée pour déduire la structure originelle. L'ARPES peut être utilisée pour déterminer la direction, la vitesse et les diffusions des électrons au sein du solide.
