1.

Présentation

électron, particule élémentaire constitutive, avec les protons et les neutrons, des atomes.

L’électron est l’un des constituants fondamentaux de la matière, au même titre que les quarks. Il fait partie de la famille des leptons, qui comprend également le muon, le tauon, et les neutrinos. De plus, les électrons sont des fermions car leur spin est de 1/2. Le concept de spin est lié à la théorie quantique, que nous devons au physicien allemand Max Planck, qui a découvert la discontinuité de l'énergie en introduisant la notion de quanta, ainsi qu’au physicien français Louis de Broglie, prix Nobel en 1929 pour avoir découvert, en 1924, la nature ondulatoire des électrons.

2.

Propriétés des électrons

Les électrons ont une masse d'environ 9,1083 × 10^-28 g et une charge électrique élémentaire de 1,602 × 10^-19 C (coulombs). La charge de l'électron est l'unité de base en électricité. Les électrons possèdent un moment magnétique qui est égal à 0,92827 × 10^-23 A.m², et un spin demi-entier caractéristique des fermions. Aussi, l’électron satisfait au principe d’exclusion de Pauli, qui permet la construction d’édifices atomiques stables et qui est à l’origine de la classification périodique des éléments.

L'antiparticule de l'électron est le positron (ou positon), qui se manifeste dans la radioactivité bêta, ou dans l'annihilation des rayons gamma par création de paires électron-positron.

3.

Rôles et utilisations des électrons

Les électrons interviennent dans un grand nombre de phénomènes et d’applications. Tout d’abord, un électron qui tourne autour d'un noyau atomique est équivalent à un courant électrique ; il crée ainsi, perpendiculairement à son orbite, un champ magnétique. De manière plus générale, le magnétisme, et en particulier l’aimantation de la matière, est la conséquence d’arrangements de spins des électrons.

Par ailleurs, les électrons et leurs propriétés sont à la base de l’électronique. C’est le déplacement des électrons libres dans un conducteur qui est à l'origine du passage du courant électrique. Dans les tubes à vide, une cathode chauffée émet un faisceau d'électrons, appelé faisceau (ou rayon) cathodique, qui peut être utilisé pour amplifier ou redresser un courant électrique. De plus, les rayons cathodiques dirigés sur certaines cibles permettent de générer des rayons X ; par exemple, sur l'écran fluorescent d'un tube de télévision, les rayons cathodiques sont à l'origine des images visibles.

D’autre part, les électrons, qui occupent des niveaux d’énergie discrets dans les atomes, peuvent absorber et réémettre des photons ; ils sont donc à l’origine des phénomènes de couleur, fluorescence, phosphorescence, incandescence, ainsi qu’à la base des techniques de spectroscopie.

De son côté, la physique des particules utilise son quota d’électrons dans ses gigantesques accélérateurs de particules. On notera également que les particules bêta, négativement chargées et émises par certains composés radioactifs, sont des électrons.

Autre utilisation fondamentale des électrons, et non des moindres : la microscopie électronique. Fondée sur les propriétés ondulatoires des électrons, cette technique d’exploration de la matière est extrêmement puissante et permet d’observer des objets trop petits pour les microscopes optiques classiques.

Enfin, les électrons interviennent dans l’ensemble des phénomènes chimiques, de la simple liaison chimique covalente, qui correspond à la mise en commun de deux électrons par deux atomes, aux réactions chimiques les plus complexes.