Trong Mô hình Chuẩn của vật lý hạt, electron thuộc về nhóm các hạt hạ nguyên tử gọi là lepton, mà được cho là những hạt cơ bản. Electron có khối lượng nhỏ nhất trong nhóm lepton (cũng như trong nhóm các hạt mang điện) và thuộc về thế hệ thứ nhất của hạt cơ bản.^[63] Thế hệ thứ hai và thứ ba bao gồm các lepton mang điện, hạt muon và tau, chúng có giá trị điện tích, spin và tham gia tương tác giống với của electron, nhưng có khối lượng lớn hơn. Lepton khác so với những thành phần cơ bản khác của vật chất, hạt quark, khi lepton không tham gia vào tương tác mạnh. Tất cả các thành viên trong nhóm lepton đều là fermion, bởi vì chúng đều có spin bán nguyên; electron có spin 1/2.^[64]

Các tính chất cơ bảnSửa đổi

Khối lượng bất biến (khối lượng nghỉ) của electron xấp xỉ bằng 9.109×10⁻³¹ kilogram,^[65] hay 5.489×10⁻⁴ đơn vị khối lượng nguyên tử. Trên cơ sở của nguyên lý sự tương đương khối lượng-năng lượng của Einstein, khối lượng này tương ứng với mức năng lượng nghỉ 0,511 MeV. Tỷ số giữa khối lượng của một proton so với của electron bằng khoảng 1836.^[10][66] Các đo đạc thiên văn cho thấy tỷ số khối lượng proton trên khối lượng electron vẫn giữ nguyên không đổi, như được dự đoán bởi Mô hình Chuẩn, trong thời gian ít nhất bằng một nửa tuổi của vũ trụ.^[67]

Electron có điện tích bằng 1.602176634×10⁻¹⁹ coulomb,^[65] mà đã được sử dụng làm đơn vị điện tích chuẩn cho các hạt hạ nguyên tử, và cũng được gọi là điện tích cơ bản.^[68] Giá trị điện tích của proton bằng giá trị của electron nhưng mang dấu ngược lại.^[69] Vì ký hiệu e được sử dụng cho điện tích cơ bản, electron thường được ký hiệu là e^⁻, với dấu trừ thể hiện cho điện tích âm. Positron được ký hiệu e⁺ bởi vì nó có cùng các tính chất với electron nhưng mang điện tích dương.^[64][65]

Electron có mômen động lượng nội tại hay spin 1/2.^[65] Do tính chất này mà electron thường được coi các hạt có spin-1/2.^[64] Những hạt như vậy có độ lớn spin bằng √3/2 ħ.^{[note 3]} trong khi kết quả đo từ hình chiếu của spin lên một trục bất kỳ chỉ có thể bằng ±ħ/2. Ngoài spin, electron còn có mômen từ hướng dọc theo trục spin của nó.^[65] Giá trị mômen từ electron xấp xỉ bằng một Bohr magneton,^{[70][note 4]} là hằng số vật lý bằng 9.27400915(23)×10⁻²⁴ joule trên tesla.^[65] Hướng của spin so với hướng của mômen động lượng electron xác định lên tính chất của các hạt cơ bản được biết đến là tính xoắn (helicity).^[71]

Electron không có cấu trúc bên trong^[1][72] và nó được cho là một hạt điểm với điện tích điểm và không có sự mở rộng ra không gian.^[9]

Vấn đề xác định bán kính của electron là một vấn đề thử thách trong vật lý lý thuyết hiện đại. Sự thừa nhận giả thuyết electron có bán kính hữu hạn lại gây ra những mâu thuẫn với thuyết tương đối hẹp. Mặt khác, electron tựa hạt điểm (bán kính zero) lại tạo ra những khó khăn toán học nghiêm trọng do năng lượng tự thân (self-energy) của electron khi ấy lại tiến đến vô hạn.^[73] Quan sát electron đơn lẻ trong bẫy Penning gợi ý rằng giới hạn trên của bán kính của nó bằng 10⁻²² mét.^[74] Giá trị giới hạn trên của bán kính electron bằng 10⁻¹⁸ mét^[75] có thể dẫn ra từ nguyên lý bất định kết hợp với năng lượng. Cũng có một giá trị gọi là "bán kính electron cổ điển", con số 2.8179×10⁻¹⁵ m lớn hơn rất nhiều bán kính của proton. Tuy nhiên, giá trị này được tìm từ những phép tính đơn giản mà bỏ qua các hiệu ứng của cơ học lượng tử; trong thực tế, giá trị bán kính electron cổ điển không có nhiều ý nghĩa khi đề cập đến cấu trúc cơ bản bên trong của electron.^{[76][note 5]}

Có những hạt cơ bản khác tự động phân rã thành những hạt khối lượng nhẹ hơn. Ví dụ cho muon, nó có thời gian sống trung bình 2.2×10⁻⁶ giây, và phân rã thành một electron, một neutrino muon và một phản neutrino electron. Hạt electron, mặt khác, theo lý thuyết được cho là hạt bền: electron là hạt có khối lượng nhỏ nhất với điện tích khác 0, do đó sự phân rã của nó sẽ vi phạm định luật bảo toàn điện tích.^[77] Thực nghiệm xác định giới hạn dưới của thời gian sống của electron là 6.6×10²⁸ năm, ở mức 90% độ tin cậy.^[7][78][79]

Các tính chất lượng tửSửa đổi

Như mọi hạt khác, các electron có hành xử như những sóng. Đặc điểm này được gọi là lưỡng tính sóng–hạt và được chứng minh bằng thí nghiệm giao thoa hai khe.

Bản chất sóng của electron cho phép nó đi qua hai khe song song một cách đồng thời, hơn là chỉ một khe ở một thời điểm như đối với trường hợp của hạt. Trong cơ học lượng tử, tính chất sóng của một hạt được miêu tả bằng toán học dưới dạng hàm giá trị phức, hay hàm sóng, thường được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp psi (ψ). Khi tính bình phương giá trị tuyệt đối của hàm này, sẽ cho xác suất quan sát được một hạt ở một vị trí cho trước—hay chính là mật độ xác suất