29/11/2015

Eletrão

O eletrão é uma partícula subatómica, com os símbolos e- ou β-com uma carga elétrica elementar negativa. Os eletrões pertencem à primeira geração da família dos leptões, e geralmente pensa-se tratarem-se de partículas elementares pois não se conhecem nenhuns componentes ou subestruturas destes. A massa do eletrão é cerca de 1/1836 da massa do protão. As propriedades mecânicas quânticas do eletrão incluem um momentum angular (spin) intrínseco de um valor semi-inteiro em unidades de ħ, o que significa que é um fermião. Sendo fermiões, dois eletrões não podem ocupar o mesmo estado quântico, de acordo com o Princípio de Exclusão de Pauli. Como toda a matéria, os eletrões têm propriedades tanto de partículas como de ondas, podendo então colidir com outras partículas e podem ser defractados como luz. As propriedades de onda dos eletrões são mais facilmente observáveis através de experiências do que outras partículas como os neutrões e protões, pois a massa dos eletrões é muito menor, logo, tem um maior comprimento de onda De Broglie para as energias típicas.
Os eletrões têm um papel central em muitos fenómenos físicos, como os da eletricidade, magnetismo e condutividade térmica, também participam nas interações fraca, eletromagnética e gravitacional. Um eletrão gera um campo elétrico à sua volta e, se estiver em movimento em relação a um observador, gera um campo magnético. Os campos magnéticos externos defletem (desviam) os eletrões. 
Esta partícula elementar radia ou absorve energia na forma de fotões quando acelerados. Os equipamentos laboratoriais são capazes de conter e observar eletrões individuais, assim como através do uso de campos magnéticos, enquanto telescópios adequados podem detetar plasma no espaço exterior. Os eletrões têm muitas aplicações, incluindo a eletrónica, soldagem por feixe de eletrões, tubos de raios cat´dicos, microscópios eletrónicos, terapia por radiação, lasers, detetor de ionização de gás e aceleradores de partículas.
As interações entre eletrões e outras partículas subatómicas são de interesse para campos como a química e a física nuclear. A interação da Lei de Coulomb entre os protões positivos dentro de um núcleo atómico e os eletrões negativos compõem os átomos. A ionização ou alterações na proporção das partículas modificam a energia de liagação do sistema. A troca ou partilha de eletrões entre dois ou mais átomos é a principal causa das ligações químicas. O filósofo naturalista britânico Richard Laming foi o primeiro a hipotetizar o conceito de uma quantidade indivisivel de carga elétrica para explicar as propriedades químicas dos átomos, em 1838. O físico irland~es George Johnstone Stoney nomeou esta carga de "eletrão" em 1891 e J.J. Thomson e as sua equipa de físicos britânicos identificaram o eletrão como uma partícula em 1897. Os eletrões também podem participar em reações nucleares, como a nucleossíntese nas estrelas, onde são conhecidos como partículas beta. Os eletrões podem ser criados através do decaimento beta de isótopos radioativos e em colisões de alta energia, por exemplo quando os raios cósmicos entram na atmosfera. A antipartícula do eletrão é o positrão; é identico ao eletrão com a diferença que carrega energia elétrica de sinal oposto. Quando um eletrão colide com um positrão, ambas as partículas  podem ser totalmente aniquiladas, produzindo fotões de raios gama.


História

Os gregos antigos repararam que o âmbar atraía pequenos objetos quando esfregado com pelo. Juntamente com os relâmpagos, este fenómeno é uma das primeiras experiências com eletricidade a serem registadas pela humanidade com a eletricidade. No seu tratado 1600 De Magnete, o cientista inglês William Gilbert cunhou o termo do Novo Latim electricus, para se referir a esta propriedade de pequenos objetos após serem esfregados. Tanto os termos eletrico como eletricidade são derivados do latim ēlectrum, que proveio da palavra grega para âmbar (ēlektron).
No início do século XVIII, Francis Hauksbee e o químico francês Charles François de Fay descobriram, de forma independente, aquilo que eles acreditavam ser dois tipos de eletricidade fricional - um gerado pela fricção do vidro, outro pela fricção da resina. A partir daqui, Du Fay teorizou que a eletricidade era constituída por dois fluídos eletricos, vitreous e resinous, que são separados pela fricção, e que se neutralizam quando combinados. Uma década depois, Bejamin Franklin propôs que a eletricidade não era de dois tipos de fluidos diferentes, mas o mesmo fluido elétrico sob dois tipos diferentes de pressão. Deu-lhes a nomenclatura atual de cargas de, respetivamente, positiva e negativa. Franklin pensava que o portador de carga era positivo, e não identificou corretamente qual era a situação em que havia um excedente e qual era deficitária de carga.
Entre 1838 e 1851, o filósofo naturalista britânico Richard Laming desenvolveu a ideia que um átomo é comporto por um núcleo de matéria rodeado por partículas subatómicas que tinham unidades de cargas elétricas. Logo em 1846, o físico alemão William Weber teorizou que a eletricidade era composta por fluidos positivos e negativos, e que a sua interação era governado pela Lei Inversa da Raiz Quadrada. Após estudar o fenómeno da eletrólise em 1874, o físico irlandês George Johnstone Stoney sugeriu que existia "uma única e definitiva quantidade de eletricidade", a carga de um ião monovalente. Foi capz de estimar o valor desta carga elementar e através das Leis de Faraday de eletrólise. No entanto, Stoney acreditava que estas cargas estavam anexadas de forma permanente aos átomos e que não podiam ser removidos. Em 1881, o físico alemão Hermann von Helmholtz defendeu que tanto as cargas negativas como positivas estavam divididas em partes elementares, cada qual comportando-se como átomos de eletricidade.
Stoney deu a nomenclatura inicial de electrolion em 1881. Dez anos mais tarde, trocou para electron para descrever estas cargas elementares. Uma proposta de 1906 para usar o termo electrion falhou, pois Hendrik Lorentz preferia o termo electron


Descoberta
O físico alemão Johann Wilhelm Hittorf estudou a condutividade elétrica nos gases rerefeitos: em 1869, ele descobriu a brilho emitido a partir do cátodo que aumentava e diminuía de acordo com a pressão do gás. Em 1876, o físico alemão Eugen Goldstein mostrou que os raios deste brilho lançavam uma sombra, e apelidou estes raios de raios catódicos. Durante a década de 1870, o químico e físico inglês Sir William Crookes desenvolveu o primeiro tubo de raios catódicos contendo um vácuo elevado. Mostrou então que os raios de luminescência que apareciam dentro do tubo carregavam energia e moviam-se do cátodo para o anodo, e ao aplicar um campo magnético, Crookes foi capaz de desviar os raios, confirmando o seu argumento de que estes estavam carregados negativamente. Em 1879, propôs que estas propriedades  poderiam ser explicadas pelo que ele designou de "matéria radiante". Sugeriu que este fosse um quarto estado da matéria. consistindo em moléculas carregadas negativamente que eram projetadas a alta velocidade pelo cátodo.
O físico britânico nascido na Alemanha Arthur Schuster expandiu as experiências de Crookes ao colocar placas de metal paralelamente aos raios catódicos e aplicando um potencial eletrico entre as placas. O campo desviou os raios em direção à placa carregada positivamente, providenciando ainda mais provas de que os raios estavam carregados negativamente. Ao medir a quantidade de defleção para um dado nível de corrente, em 1890, Schuster foi capaz de fazer uma estimativa da razão da carga/massa dos componentes do raio. No entanto, isto produziu um valor que era mais de mil vezes superior do que era esperado, sendo então dada pouca credibilidade a este cálculo na altura.
Em 1892 Hendrik Lorentz sugeriu que a massa destas partículas (eletrões) poderiam ser uma consequência da sua carga elétrica.
Em 1896, o físico britânico J.J. Thomson, juntamente com os seus colegas John S. Townsend e H. A. Wilson, realizou experiências que indicavam que os raios catódicos eram de facto partículas únicas, em vez de ondas, átomos ou moléculas, como se acreditava anteriormente. Thomson fez boas estimativas de tanto da carga quanto da massa m, descobrindo que as partículas dos raios catódicos, a que ele chamou de "corpusculos" tinham, talvez, mil vezes a massa do ião menos massivo conhecido: o de hidrogénio. Mostrou que a sua carga em relação à massa, e/m, era independente do material do cátodo. Também mostrou que as partículas carregadas negativamente produzidas por materiais radioativos, por materiais aquecidos e materiais eram universais. O nome eletrão foi novamente proposto para estas partículas pelo físico irlandês George F. Fitzgerald, sendo que o nome ganhou aceitação universal.
Enquanto estudava a fluorescência natural dos minerais em 1896, o físico francês Henri Becquerel descobriu que estes emitiam radiação sem qualquer exposição a uma fonte externa de energia. Estes materiais radioativos tornaram-se de grande interesse para os cientistas, incluindo o físico neozelandês Ernest Rutherford que descobriu que estes minerais emitiam partículas. Nomeou estas partículas de alfa e beta, segundo a capacidade destas de penetrarem na matéria. Em 1900, Becquerel mostrou que os raios beta emitidos pelo rádio podiam ser deflectidos por campos elétricos, e o seu rácio massa/carga era o mesmo para os raios catódicos. Estas demonstrações fortaleceram a visão que os eletrões existiam como componentes dos átomos.
A carga dos eletrões foi medida com mais cuidado pelos físicos americanos Robert Milikan e Harvey Fletcher nas suas experiências da gota de óleo em 1909, cujos resultados foram publicados em 1911. Esta experiência usou um capo elétrico para prevenir a queda de uma gotícula de óleo carregada, devido à gravidade. Este aparelho podia medir a carga elétrica a partir de apenas 1-150 iões, com uma margem de erro inferior a 0,3%. Já se tinham feito experiências idênticas pela equipe de Thomson, que haviam usado nuvens de gotículas de água carregadas por eletrólise, e em 1911 por Abram Ioffe , que de forma independente obteve o mesmo resultado que Milikan, usando micropartículas carregadas de metais, tendo em seguida, publicado os seus resultados em 1913. No entanto, as gotas de óleo eram muito mais estáveis do que as gotas de água devido à velocidade de evaporação destas última ser superior, sendo que assim o óleo tornava-se mais adequado às experiências.
Por volta do início do século XX, descobriu-se que debaixo de certas condições uma partícula carregada a alta velocidade causava uma condensação de vapor de água supersaturada ao longo do seu percurso. Em 1911, Charles Wilson usou este principio para elaborar a sua câmara de nuvem para que pudesse fotografar as faixas de partículas carregadas, como os eletrões em movimento.

Teoria Atómica
Por volta de 1914, as experiências efetuadas pelos físicos Ernest Rutherford, Henry Moseley, James Franck e Gustav Hertz tinham estabelecido em grande parte a estrutura de um átomo como tendo um núcleo denso de carga positiva cercado por electrões com menor massa. Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr postulou que os eletrões encontravam-se em estados de energia quantizados, com a energia a ser determinada pelo momentum angular das órbitas dos eletrões em torno do núcleo. Os eletrões podiam deslocar-se entre estes estados, ou órbitas, pela emissão ou absorção de fotões a frequências específicas. Através destas órbitas quantificadas Bohr explicou com precisão as linhas espectrais do átomo de hidrogénio. No entanto, o modelo de Bohr não conseguiu explicar as intensidades relativas das linhas espectrais e não teve sucesso em explicar os espectros dos átomos mais complexos.


As ligações químicas entre os átomos foram explicadas por Gilbert Newton Lewis, o qual em 1916 propôs que uma ligação covalente entre dois átomos era mantido por um par de eletrões partilhados entre si. Mais tarde, em 1927, Walter Heitler e Fritz London deram a explicação completa para a formação do par de eletrões e para as ligações químicas em termos de mecânica quântica. Em 1919, o químico americano Irving Langmuir, trabalhou no modelo estático de Lewis do átomo e sugeriu que todos os eletrões estavam distribuídos em sucessivos "invólucros esféricos (quase) concêntricos, de igual espessura". Os invólucros eram, por sua vez, divididas num número de células cada uma contendo um par de eletrões. Com este modelo, Langmuir foi capaz de explicar qualitativamente as propriedades químicas de todos os elementos na tabela periódica, que se sabia repetirem-se bastante, de acordo com a lei periódica.
E 1924, o físico austríaco Wolfgang Pauli observou que a estrutura tipo concha do átomo poderia ser explicada por um conjunto de quatro parâmetros que definiram cada estado quântico de energia, desde que cada estado não estivesse ocupado por mais do que um eletrão (esta proibição contra mais do que um eletrão a ocupar o mesmo estado de energia quântico ficou conhecido como princípio de exclusão de Pauli. O mecanismo físico para explicar o quarto parâmetro, que tinha dois valores distintos possíveis, foi providenciado pelos físicos holandeses Samuel Goudsmit e George Uhlenbeck. Em 1925, Goudsmit e Uhlenbeck sugeriram que um eletrão, para além do momentum angular da sua órbita, possuísse um momentum angular intrínseco e um momento dipolar magnético, que viria a passar a ser conhecido por spin, e explicava a a anterior misteriosa divisão das linhas espectrais observadas com um espectrófago de alta-resolução - este fenómeno é conhecido como a estrutura fina da raia espectral.
A predição de De Broglie de uma natureza de onda para os eletrões levou a que Erwin Schrödinger postula-se uma equação de onda para o movimento dos eletrões sob a influencia do núcleo no átomo. Em 1926, esta equação, a Equação Schrödinger, descreveu com sucesso a forma como o eletrão se propagava. Em vez de obter uma solução que determinava a localização de um eletrão ao longo do tempo, esta equação de onda também podia ser usada para prever a probabilidade de encontrar um eletrão perto de uma posição, principalmente se esta se encontrasse próxima ao local onde o eletrão se encontrava ligado ao espaço, para o qual as equações de onda do eletrão não mudavam com o tempo. Esta abordagem levou a uma segunda formulação da mecânica quântica  (a primeira foi de Heinsenberg em 1925), e soluções da equação de Schrodinger, que como Heisenberg, ofereceu derivações dos estados de energia de um eletrão num átomo de energia de um eletrão num átomo de hidrogénio que foram equivalentes aos que tinham sido derivados inicialmente por Bohr em 1913, e que eram conhecidas por reproduzir o espectro do hidrogénio. Uma vez considerados o spin e a interação entre os vários eletrões, a mecânica quântica viria a tornar possível predizer a configuração dos eletrões nos átomos com um número atómico superior ao do hidrogénio.
Em 1928, com base no trabalho de Wolfgand Pauli, Paul Dirac produziu um modelo para o eletrão - a equação de Dirac, consistente com a teoria da relatividade, ao aplicar considerações relativistas e simetria à formulação hamiltoniana da da mecânica quântica do campo eletromagnético. Para resolver alguns problemas com a sua equação relativista, em 1930 Dirac desenvolveu um modelo do vácuo como um mar infinito de partículas com energia negativa, que foi denominado de Mar de Dirac. Isto levou-o a predizer a existência do positrão, a contraparte de antimatéria do eletrão. Esta partícula foi descoberta em 1932 por Carl Anderson, que propôs que se chamassem aos eletrões padrões de Nagatrões, e usar eletrões como um termo genérico para descrever tanto as variantes negativas quanto positivas.
Em 1947, Willis Lamb, trabalhando em colanoração com o seu estudante de graduação Robert Retherford, descobriu que certos estados quânticos do átomo de hidrogénio, que deveria ter a mesma energia, desviavam-se em relação uns aos aoutros, sendo que o desvio foi denominado de Desvio de Lamb. Na mesma altura, Polykarp Kusch, trabalhando com Henry M Foley, descobriu que o momento Magnético do eletrão era ligeiramente maior ao previsto pela teoria de Dirac. Esta pequena diferença foi mais tarde chamada de momento anómalo do dípolo magnético do eletrão. Esta diferença foi explicada mais tarde por Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger e Richard Feynam nos finais da década de 1940.


Aceleradores de partículas
Com o desenvolvimento do acelerador de partículas durante a primeira metade do século XX, os físicos começaram a aprofundar as propriedades das partículas subatómicas. A primeira tentativa bem sucedida do aceleramento dos eletrões através da indução eletromagnética deu-se em 1942, por Donald Kerst. O seu betatrão inicial atingiu energias de 2,3 MeV, enquanto os betatrões seguintes alcançaram 300 MeV. Em 1947, a radiação sincrotrónica com 70 MeV, de eletrões sincrotrónicos, foi descoberta na General Eletric. Esta radiação foi causada pela aceleração de eletrões, que se deslocavam perto da velocidade da luz, através de um campo magnético.
Com um feixe de energia de 1,5 GeV, o primeiro acelerador de partículas de alta de energia foi ADONE, cujo início de funcionamento foi em 1968. Este aparelho acelerava os eletrões e positrões em direções opostas, duplicando a energia da colisão comparando ao que atinge um alvo estático com um eletrão.

Confinamento de eletrões individuais
Atualmente consegue-se, com facilidade, confinar eletrões em transistores CMOS muito pequenos (20 x 20 nm), operados à temperatura criogénica de um intervalo de -269ºC (4K) até cerca de -258ºC (15K). A função de onda dos eletrões espalha-se numa estrutura de semi-condutores e de modo insignificante interage com os eletrões de valência de banda de valência, para que possa ser tratado na sua forma de partícula única, ao substituir a sua massa pelo tensor de massa única.

Características

Classificação
No Modelo Padrão de partículas, os eletrões pertencem ao grupo de partículas subatómicas designadas por leptões, que se acredita serem partículas fundamentais ou elementares. Os eletrões têm a massa mais pequena de qualquer um dos leptões com carga (ou qualquer tipo de partícula eletrificada) e pertencem à primeira geração de partículas fundamentais. A segunda e terceira geração contêm leptões carregados, o muão e o tau, que são idênticos ao eletrão em carga, spin e interação, mas são mais massivos. Os leptões diferenciam-se dos outros constituintes básicos da matéria, os quarks, pela sua falta de interação forte. Todos os membros do grupo dos leptões são fermiões, pois todos têm um spin de metade de um número inteiro, o eletrão tem um spin de 1/2.

Propriedades Fundamentais
A massa invariante de um eletrão é de cerca de 9,109 x 10-31 kg massa atómicas. Com base no princípio de Einstein da equivalência massa-energia, esta massa corresponde a uma energia em repouso de 0,511 MeV. A proporção entre a massa de um protão e a de um eletrão é de cerca de 1836. As medidas astronómicas mostram que a proporção da massa protão - eletrão tem mantido o mesmo valor ao longo de, pelo menos, metade do tempo de existência do universo, como previsto pelo Modelo Padrão.
Os eletrões têm uma carga elétrica de -1,602 x 10-19 coulomb, que é usado como unidade padrão da carga das partículas subatómicas, sendo igualmente designada de carga elementar. Esta carga elementar tem um padrão de incerteza relativo de 2,2 x 10-8. Dentro dos limites da exatidão experimental, a carga do eletrão é idêntica à carga do protão, mas com sinal oposto. Como o símbolo é usado para a carga elementar, o eletrão é, geralmente, simbolizado por e-, onde o sinal de menos indica a carga negativa. Por sua vez o positrão é simbolizado por e+ pois tem as mesmas propriedades do eletrão, mas carga positiva.
O eletrão tem um momento angular, ou spin, de 1/2. Esta propriedade é geralmente declarada ao referir-se ao eletrão como uma partícula de spin -1/2. Para tais partículas, a magnitude do spin é de 32 ħ. Enquanto a medição de uma projeção de um spin em qualquer eixo pode ser apenas de  ±ħ2. Para além do spin, o eletrão tem um momento magnético intrínseco ao longo do eixo do spin. É aproximadamente igual ao magnetão de Bohr, que é uma constante física igual a 9,274 009 15(23) x 10-24 joules por tesla. A orientação do spin respectivamente ao momento do eletrão define a propriedade elementar das partículas conhecida como helicidade.
Não se conhece nenhuma subestrutura para o eletrão, e assume-se que este é um ponto material com uma carga ponto e nenhuma extensão espacial. Na física clássica, o momento angular e o momento angular de um objeto dependem das suas dimensões físicas. Logo, o conceito de um eletrão dimensional com estas propriedades pode parecer paradoxal e inconsistente com as observações experimentais nas armadilhas Penning que apontam para um raio diferente de zero do eletrão. Uma explicação possível desta situação paradoxal se se levar em consideração a Transformação Foldy-Wouthuysen. A questão do raio do eletrão é um problema desafiante na teoria moderna da física. A admissão na hipótese de um raio finito do eletrão é incompatível com as premissas da teoria da relatividade. Por outro lado, um eletrão tipo ponto (de raio zero) gera sérias dificuldades matemáticas devido á auto-energia do eletrão que tende para o infinito. Estes detalhes têm sido analisafos em detalhe por Dmitri Ivanenko e Arseny Sokolov.
Por outro lado, as observações de um único eletrão na Armadilha Penning mostra que o limite superior da partícula é de 10-22 metros. Existe uma constante física designada de "raio clássico do eletrão", com o valor muito superior de 2,8179 x 10-15 m, maior do que o raio do protão. No entanto, a terminologia vem de um cálculo simplista que ignora a mecânica quântica; na realidade, o designado raio do eletrão tem pouco a ver com a verdadeira estrutura fundamental do eletrão.
Existem partículas elementares que decaem de forma espontânea até formarem partículas menos massivas. Um exemplo deste caso é o muão, que decai num eletrão, num neutrino e num anti-neutrino, com uma vida média de 2,2 x 10-6 segundos. No entanto, pensa-se que o eletrão é estável a nível dos fundamentos teóricos: o eletrão é a partícula com menor massa com carga elétrica diferente de zero, logo o seu decaimento deveria violar a conservação de carga. O limite inferior experimental para a média de vida do eletrão é de 4,6 x 1026 anos, com um nível de confiança de 90%.

Propriedades quânticas
Com todas as partículas, os eletrões podem agir como ondas. Esta particularidade é designada de dualidade onda-partícula e pode ser demonstrada ao usar-se a experiência da dupla fenda.

A natureza de onda do eletrão permite que este passe por duas fendas paralelas ao mesmo tempo, em vez de apenas uma, como seria o caso para uma partícula clássica. Na mecânica quântica, a propriedade tipo-onda de uma partícula pode ser descrita matematicamente como uma função de valor complexo, a função de onda, geralmente representada pela letra grega psi (ψ). Quando o valor absoluto desta função é elevado ao quadrado, dá a probabilidade de uma partícula ser observada perto de um determinado local - uma densidade de probabilidade.
Os eletrões são partículas idênticas porque não são distinguíveis entre si pelas suas propriedades físicas intrinsicas. Na mecânica quântica, isto significa que um par de eletrões que interagem devem ser capazes de trocar de posições sem que haja uma mudança observável para o estado do sistema. 
A função de onda dos fermiões, incluindo os eletrões, é anti-simétrica, o que significa que muda de sinal quando dois eletrões são trocados; isto é, ψ(r1r2) = −ψ(r2r1), onde as variáveis r1 e r2 correspondem aos primeiro e segundo eletrões, respetivamente. Uma vez que o valor absoluto não é modificado por uma troca de sinais, isto corresponde a probabilidades iguais.. Os bosões, tal como os fotões, têm, por sua vez, funções de onda simétricas.
No caso de anti-simetria, as soluções da equação de onda de interação dos eletrões resulta numa probabilidade zero, que cada par irá ocupar o mesmo local ou estado. Este fator é responsável pelo Princípio de Exclusão de Pauli, que diz que dois eletrões não podem ocupar o mesmo estado quântico. Este principio explica muitas das propriedades dos eletrões. Por exemplo, faz com que grupos de eletrões ligados ocupem orbitais diferentes num átomo, em vez de se sobreporem numa mesma órbita.

Partículas Virtuais
De uma forma simplificada, cada fotão gasta algum tempo como uma combinação entre um eletrão virtual e uma antipartícula, o positrão virtual, que rapidamente se eliminam entre si. A combinação da variação de energia necessária para criar estas partículas, e o tempo em que elas existem, cai abaixo do limiar da detectabilidade expressa pela relação de incerteza de Heinsenberg, ΔE · Δt ≥ ħ. De facto, a energia necessária para criar estas partículas virtuais, ΔE, pode ser "emprestada" a partir do vácuo durante um certo período de tempo, Δt, de modo que o seu produto não é mais do que a constante de Planck reduzida ħ ≈ 6.6×10−16 eV·s. Logo, para um eletrão virtual, Δt, é no máximo 1,3 x 10-21s.
Enquanto que um par eletrão-positrão existe, a força coulomb do campo elétrico que rodeia um eletrão faz com que um positrão criado seja atraído ao eletrão original, enquanto que um eletrão criado sofre repulsão. Isto causa aquilo que é designado de polarização do vácuo. De facto, o vácuo comporta-se como um mediador, tendo mais permissividade dielétrica do que unidade. Logo o efeito de carga de um eletrão é na realidade menor que o seu valor, a e carga diminui com o aumento da distância do eletrão. Esta polarização foi confirmada experimentalmente em 1997  com o acelerador de partículas japonês TRISTAN. As partículas virtuais cusam um efeito de proteção equivalente para a massa do eletrão.
A interação com partículas virtuais também explica o pequeno (cerca de 0,1%) desvio do momento magnético instríseco do eletrão do magnetão de Bohr (o momento magnético anómalo). A concordância extraordinariamente precisa desta diferenciação prevista com o valor determinado experimentalmente é visto como uma das grandes conquistas da eletrodinâmica quântica. 
O paradoxo aparente de um ponto de partícula de eletrões  tendo um momento angular e um momento magnético intríseco pode ser explicado pela formação de fotões virtuais no campo magnético gerado pelo eletrão. Estes fotões fazem com que o eletrão se desloque de uma forma agitada, que resulta num movimento circular ligado com precessão. Este movimento produz tanto o spin quanto o momento magnético do eletrão. Nos átomos, esta criação de fotões virtuais explica o Desvio de Lamb observado nas linhas espectrais.

Interação
Um eletrão gera um campo elétrico que exerce uma força de atração com a carga positiva, como o protão, e uma força de repulsão numa partícula com carga negativa. A força desta força é determinada pelo quadrado inverso da Lei de Coulomb. Quando um eletrão se encontra em movimento, gera um campo magnético. A Lei Ampère-Maxwell relaciona o campo magnético ao movimento da massa do eletrão (a corrente) em relação a um observador. Esta propriedade de indução fornece o campo magnético que aciona que motor elétrico. Um campo eletromagnético de um movimento de partículas arbitrário é expresso pelos potenciais de Liénard-Wiechert, que são válidos mesmo quando a velocidade da partícula está próxima da velocidade da luz (relativista).
Quando um eletrão está em movimento num campo magnético, está sujeito à força Lorentz, que atua perpendicularmente ao plano definido pelo campo magnético e á velocidade do eletrão. Esta força centrípeta faz com que o eletrão siga uma trajetória helicoidal através do campo num raio chamado de raio de giro.
A aceleração deste movimento de encurvamento induz o eletrão a irradiar energia na forma de radiação sincrotrónica. A emissão de energia, por sua vez provoca um recuo do eletrão, conhecido como Força Abraham-Lorentz-Dirac, o que cria uma fricção que retarda o eletrão. Esta força é causada por uma cópia de reação do campo dos electrões sobre si mesmo.
Os fotões medeiam as interações eletromagnéticas entre as partículas da eletrodinâmica quântica. Um eletrão isolado a uma velocidade constante não pode emitir ou absorver um fotão real. Em vez disso, os fotões virtuais podem transferia momento entre duas partículas carregadas. Esta troca de fotões virtuais gera, por exemplo, a Força de Coulomb. A emissão de energia pode ocorrer quando um movimento de eletrões é deflectido por uma partícula carregada, como um protão. A aceleração dos eletrões resulta na emissão da radiação Bremsstrahlung.
Uma colisão inelástica entre um fotão (luz) e um eletrão solitário (livre) é chamado de Dispersão de Compton. Esta colisão resulta na transferência do momento e energia entre partículas, que modifica o comprimento de onda do fótão por um valor designado de Desvio de Compton. A magnitude máxima deste comprimento de onda é h/mec, que é conhecido como o comprimento de onda Compton. Para um eletrão, tem um valor de 2,43 x 10-12m. Quando o comprimento de onda da luz é longo o desvio do comprimento de onda torna-se insignificante. Estas interações entre a luz e eletrões livres é a chamada Difusão Thomson ou Difusão Linear Thomson. 
A força relativa da interação eletromagnética entre duas partículas carregadas, como entre um eletrão e um protão, é dada pela Constante de estrutura fina. Este valor é uma quantidade adimensional formado pela proporção de duas energias: a energia eletrostática de atração (ou repulsão) a uma separação de um comprimento de onda Compton, e o resto da energia de carga. Esta energia é dada por ct ≈ 7.297353 × 10-3, que é aproximadamente igual a 1/137
Quando os eletrões e os positões colidem, eles aniquilam-se um ao outro, dando origem a dois ou mais fotões raios gama. Se o eletrão e o positrão tiverem momento negligenciável, pode formar-se um positrónio antes da aniquilação resultando em dois ou três raios gama totalizando 1,022 MeV. Por outro lado, os fotões de energia elevada podem transformar-se num eletrão e num positrão num processo denominado de Produção de Par, mas só na presença de uma partícula carregada que se encontre próxima, como um núcleo. 
Na teoria de Força eletrofraca, o componente de quiralidade do comprimento de onda do eletrão forma um isospin fraco duplicado com o neutrino eletrão. Isto significa que durante as interações fracas, os neutrinos eletrões comportam-se como eletrões. Qualquer um destes membros duplicados está submetido a uma interação de corrente carregada ao emitir ou absorver um bosão W e pode ser convertido num outro membro. A carga é conservada curante estas reações porque os bosões W também carregam uma carga, cancelando qualquer alteração nas ligações durante as transmutações. As interações de corrente carregadas são responsáveis pelo decaimento beta num átomo radioativo. Tanto o eletrão quanto o neutrino estão submetidos a uma interação de corrente neutra através de uma troca de bosões Zº, razão para a difusão elástica neutrino-eletrão.

Formação

A Teoria do Big Bang é a teoria cientifica mais aceite para explicar as fases iniciais da evolução do Universo. Nos primeiros milisegundos do Big Bang, as temperaturas eram superiores a 10 biliões de K e os fotões tinham energias médias superior a um milhão de eletrovolts. Estes fotões eram suficientemente energéticos para reagirem uns com os outros e formarem pares de eletrões e positrões. Da mesma forma, os pares positrão-eletrão aniquilam-se entre si e emitem fotões enrgéticos: γ + γ ↔ e+ + e
Foi-se mantendo um equilíbrio entre eletrões, positrões e fotões durante esta fase da evolução do Universo. Mas após 15 segundos a temperatura do Universo desceu abaixo do limiar onde a formação de eletrão-positrão podia ocorrer. A maior parte dos eletrões que restaram aniquilaram-se entre si, libertando radiação raios gama que durante um breve momento reaqueceu o universo.
Devido a razões que permanecem incertas, durante o processo de leptogenesis houve mais eletrões do que positrões. Desta forma, cerca de um eletrão em cada bilião sobreviveu ao processo de aniquilação. Este excesso correspondeu ao excesso de protões sobre os anti-protões, numa condição conhecida como assimetria bariónica, resultando numa carga de zero para o universo. Os protões e neutrões sobreviventes começaram a participar em reações entre si (nucleossíntesis), formando isótopos de hidrogénio e hélio, com alguns traços de lítio. Este processo atingiu um pico após cinco minutos. Os neutrões que posam ter sobrado sofreram de um decaimento beta com meia vida de cerca de mil segundos, libertando um protão e um eletrão no processo n → p + e + νe.
Durante os próximos 300.000 a 400.000 anos, o excesso de eletrões permaneceu demasiado energético para formar ligações com os núcleos atómicos. O que se seguiu foi um período conhecido como recombinação, quando os átomos neutros foram formados e o universo em expansão tornou-se transparente à radiação.
Aproximadamente um milhão de anos após o big bang, começou a surgir a primeira geração de estrelas. Dentro de cada estrela, a nucleossíntese resulta na produção de positrões a partir da fusão do núcleo atómico. Estas partículas de antimatéria rapidamente se aniquilam com eletrões, libertando raios gama. O resultado é uma redução estável no número de eletrões, e uma aumento correspondente no número de neutrões. No entanto, o processo de evolução estelar pode resultar na síntese de isótopos radioativos. Isotopos isolados podem vir a sofrer decaimento beta negativo, emitindo um eletrão e um anti-neutrino do núcleo. 
No final da sua vida, uma estrela com mais de cerca de 20 massas solares pode sofrer um colapso gravitacional e formar um buraco negro. De acordo com a física clássica , estes objetos estelares massivos exercem uma atração gravitacional que é forte o suficiente para prevenir qualquer coisa, até mesmo radiação eletromagnética, de escapar do raio Schwarzschild. No entanto, acredita-se que os efeitos da mecânica quântica potenciam a emissão de radiação Hawking a esta distância. Julga-se que os eletrões (e positrões) criam-se no Horizonte de Eventos destes remanescentes estelares.
Quando pares de partículas virtuais (como um eletrão e um positrão) são criados na vizinhança do Horizonte de Eventos, a distribuição aleatória destas partículas pode permitir que um deles apareça no exterior, este processo é chamado de Tunelamento quântico. O potencial gravitacional do buraco negro pode então fornecer a energia que transforma estas partículas virtuais em partículas reais, permitindo que estas se irradiem no espaço. Em troca, é dada energia negativa ao outro membro do par que resulta num prejuízo de massa-energia pelo buraco negro. A proporção de radiação de Hawking aumenta com a diminuição da massa, fazendo com que o buraco negro se evapore ate que, finalmente, exploda.
Os raios cósmicos são partículas em movimento através do espaço a elevadas energias. Têm-se registados eventos de energia elevados como 3,0 x 1020 eV. Quando estas partículas colidem com os nucleões da atmosfera terrestre, gera-se uma inundação de partículas, incluindo piões. Mais de metade da radiação cósmica que se observa na Terra é constituída por muões.


Desejo

«O condenado à morte deixou transparecer uma alegria comovida ao saber do indulto. Mas ao cabo de algum tempo, acentuando-se as melhora...