假如你从咱们已知的国际中取一小块物质，把它分解成越来越小的成分，那么终究剩余的物质将再也不能切割。地球上的全部都是由原子组成的，原子又能够进一步分为质子、中子和电子。尽管质子和中子仍能够进一步割裂，但电子却不能。它们是最早被发现的底子粒子。100多年今后，咱们仍不知道该怎么将电子割裂。但电子终究是什么呢？这便是Patreon的运营商John Duffield想知道的工作，他问道：请您描绘一下电子，解说一下它是什么，以及为什么它在和正电子彼此作用的时分会如此运动。如您乐意，请解说一下它在电场、磁场和引力场中的运动方法，或许请您解说一下电荷及电子为什么有质量。不才将不堪欢喜。
这是咱们在最深层次上所知道的周围最常见的底子粒子之一。
图解 :氢原子，物质最重要的组成部分之一，存在于具有特定磁量子数的激发态。尽管它的特点已被清晰界说，但关于某些问题，比方“在这个原子中，电子在哪个方位”，依然只需概率方法的答案。(维基同享用户Bernd Thaller)
为了了解电子，你有必要首要了解粒子的意义。在量子国际中，全部物质都一起便是粒子也是波，其间许多切当的特点现在咱们还不能彻底知道。你越是企图确认一个粒子的方位，你就越会损坏它的动量信息，反之亦然。假如粒子是不稳定的，它的寿数会影响你对它的质量或内能的了解程度。假如这个粒子有一个本征自旋，在一个方向上丈量它的自旋时，另一个方向上电子怎么自旋的全部信息就会被损坏，你就无法探知这些信息了。
图解：电子和全部自旋为-1/2的费米子相同（在一组由全同粒子组成的系统中，假如在系统的一个量子态(即由一套量子数所确认的微观状况)上只容许包容一个粒子，这种粒子称为费米子。或许说自旋为半整数(1/2，3/2…)的粒子统称为费米子，恪守费米-狄拉克计算），在置于磁场中时有两种或许的自旋方向。进行这样的试验会在一个维度上确认它们的自旋方向，但成果会损坏它们在另两个维度中的自旋方向的信息。这是量子力学固有的令人懊丧的特性。(CK-12基金会/维基同享)
假如你在一个特定的时间丈量它，即便彻底把握操控它的规律，也无法精确得悉有关它未来特性的信息。在量子国际中，许多物理特点都有一个底子的、固有的不确认性。
但并非全部状况都是如此。操控国际的量子规矩比那些违背直觉的部分要杂乱得多，比方海森堡的测禁绝原理。
图解：这儿有个关于量子层次上方位和动量之间具有内涵不确认性的例子。一起丈量这两个量的才能有限，而这种不确认性往往呈现在人们最不希望它呈现的当地。(E. Siegel / 维基同享用户Mas Chen)
国际是由量子构成的，量子是实际的组成部分，它不能再进一步割裂成更小的成分。这些构成咱们实际的最小底子组件，其最成功的模型被发明性的命名为规范模型。
在规范模型中，量子粒子有两类：物质国际中构成物质和反物质的粒子，以及担任操控彼此作用力的粒子。前一类粒子称为费米子，后一类粒子称为玻色子。
图解：规范模型的粒子，右上角是质量(以MeV为单位（兆电子伏，既是一个能量单位，又是一个质量单位。从能量的视点来看，是电场中使电子的电势升高1伏特的外力所做的功的一百万倍。电子电量（1.6E-19库伦)×1V=1.6E-19焦耳，所以1meV=1.6E-13J（焦耳）；从质量的视点来看，1meV=1.6E-13J（焦耳）对应的物质质量为1.6E-13J/(3E8m/s)^2=1.778E-30kg）)。费米子构成最左面的三列，且具有半整数自旋；玻色子构成了右边的两列并具有整数自旋。尽管全部粒子都有对应的反粒子，但只需费米子能够是物质或反物质。(维基同享用户MissMJ, PBS NOVA，费米试验室，美国能源部科学办公室，粒子数据组)
尽管在量子国际中，许多特点都有其内涵不确认性，但有些特点咱们能够切当地知道。咱们称这些为量子数，它们不仅在单个粒子中是守恒量，而且在整个国际中也是守恒量。这些特点包含：电荷、色荷、磁荷、角动量、重子数、轻子数和轻子族数。就咱们所知，这些性质都是守恒的。
图解：规范模型中的夸克、反夸克和胶子除了具有其他粒子和反粒子所具有的质量和电荷等特点外，还具有色荷。只能说，全部这些粒子，现在看来都是不行再分的，依照特性能够把它们分为三代。在更高的能量下，或许还存在其他类型的粒子，但它们现已超出了规范模型的描绘。(E. Siegel /《Beyoud The Galaxy银河系之外》)
此外，在强彼此作用和电磁彼此作用中还有一些其他特点是守恒的，可是弱彼此作用会损坏它们的守恒。这些特点包含：弱超电荷、弱同位旋和夸克的味量子数(如奇特夸克、桀夸克、底夸克、顶夸克 )。
每一个存在的量子粒子都具有答应的量子数的特定值。其间一些特点永久不会改动，例如电荷，由于一个电子一直带有-1的电荷，一个上夸克一直带有+ 的电荷。但其他特点，例如角动量，能够有各式各样的取值，比方说，电子的角动量能够是能够+ 或- ，玻色子的角动量能够是-1、0、+ 1。
图解：全部已知底子粒子的弱同位旋、T3、弱超电荷、Y_W和色荷的形式，大致沿笔直方向经过弱混合角（ weak mixing angle，也称为温伯格角，是在温伯格-萨拉姆的理论电弱彼此作用的一个参数，是粒子物理学规范模型的一部分，一般表明为θw）旋转，来显现电荷Q。中性希格斯场(灰色正方形部分)打破了弱电对称性，并与其他粒子彼此作用，使其具有质量。(维基同享，CJEAN42)
组成物质的粒子被称为费米子，它们都有反物质的对应物：反费米子。玻色子担任粒子之间的作用力和彼此作用，它们既不是物质也不是反物质，但却能够与物质和反物质发作彼此作用，而且也能够与它们本身发作彼此作用。
咱们经过观测费米子和反费米子之间、费米子与费米子之间、反费米子与反费米子之间的玻色子交流，来查询这些彼此作用。你能够让一个费米子和一个玻色子彼此作用发作另一个费米子；还能够让一个费米子和一个反费米子彼此作用发作一个玻色子；也能够让一个反费米子和一个玻色子彼此作用发作另一个反费米子。
只需你使全部需求守恒的总量子数守恒，而且恪守规范模型的粒子和彼此作用所论述的规矩，任何没被制止的工作都将以某种有限概率不行避免地发作。
图解：ESA(欧洲航天局)的Integral号卫星，对低能量下正电子或电子湮灭的特征信号——511 keV光子线——进行了全面的丈量。(欧洲航天局Integral天文台；J. Knodlseder (CESR)和SPI团队)
重要的是，在咱们罗列电子的全部特点之前，要留意这仅仅是咱们如今对国际构成底子层面的最佳了解。咱们不知道是否有一个更底子的描绘；咱们不知道规范模型是否有一天会被一个更完好的理论替代；咱们不知道是否有额定的量子数，以及它们何时或许(或或许不)守恒；咱们不知道怎么将重力归入规范模型。
尽管显而易见，但仍需求在这儿清晰指出：这些特点供给了咱们如今所知的电子的最佳描绘。在未来，它们或许会变成一个不完好的描绘，或许仅仅是对电子(或构成咱们实际的更底子实体)终究为何的近似描绘。
图解：上图展现了规范模型的结构。该图形用一种更为完好、更不简略发作误导的方法展现了要害联络和形式，而非根据较为熟知的4x4 粒子方块幻想图。特别是，这张图描绘了规范模型中的全部粒子(包含它们的字母称号、质量、自旋、旋向性、电荷以及与规范玻色子的彼此作用，即具有强作用力和电弱力)。(维基同享，Latham Boyle 和Mardus)
也便是说，电子是：费米子(不是反费米子)；电荷为-1(单位为底子电荷)；零磁荷；零色荷；底子内涵角动量 (或自旋) 为 ，这表明它能够取值为+ 或- ；重子数为0；轻子数为+1；轻子族数在电子为+1，在μ介子族中为 0, 在τ介子族中为0；弱同位旋为- ；带一个-1的弱超电荷。
这些便是电子的量子数。它耦合了弱彼此作用(W和Z玻色子)和电磁彼此作用(光子)，以及希格斯玻色子(具有一个非零停止质量)。它不与强作用力耦合，因而不能与胶子彼此作用。
图解：如图所示，伦敦大学学院(University College London)的正电子束流试验，将电子和正电子结合起来，发明出一种被称为电子偶素的准原子，该准原子衰变的平均寿数约为1微秒。衰变产物经过规范模型能够精确地猜测出来，一般进入2或3个光子，这取决于电子和构成电子偶素的正电子的相对自旋。 (UCL)
假如一个电子和一个正电子(有一些相同的量子数和一些相反的量子数)彼此作用，它们经过电磁或弱作用力彼此作用的概率是有限的。
由于电子和正电子的电荷相反，它们彼此招引的或许性将主导大多数彼此作用。它们可构成一种不稳定的原子状实体，称为电子偶素，其结合在一起的方法与质子和电子的结合方法相似，只不过电子和正电子的质量是相同的。
可是，由于电子是物质而正电子是反物质，电子和正电子也能够湮灭。这取决于许多要素，比方其相对自旋。它们衰变的方法是有限的：它们或许衰变成2个、3个、4个、5个或许更多的光子(但最常见的是2个或3个)。
图解：国际中其他底子粒子的质量决议了它们在何时、在何种条件下能够被发明出来，也描绘了在广义相对论中怎么曲折时空。粒子、场和时空的特点都是描绘咱们栖居的国际所必需的。(图15-04A引自UNIVERSE-REVIEW.CA)
当你把一个电子置于电场或磁场中时，光子与它彼此作用，改动了它的动量。简略来说便是，它们会发作一个加快度。由于电子与希格斯玻色子的彼此作用，使得它也有一个与其相关的停止质量，所以它也会在引力场中加快。可是，规范模型却不能解说这一点，咱们所知道的任何量子理论也不能解说这一点。
在有量子引力理论之前，咱们有必要把电子的质量和能量置于广义相对论这一非量子引力理论中。这足认为咱们规划的每一个试验供给正确答案，但它会在某些底子层面上失效。例如，假如你问到单个电子穿过双缝时引力场会发作什么改变，广义相对论就没有答案。
图解：电子一次一个经过双缝，就会发作动摇图形。但你要丈量电子经过的“哪条缝”，你就损坏了此前的显现的量子干与图样。规范模型和广义相对论的规矩没有告知咱们电子穿过双缝时引力场发作了什么，这就需求某些超出咱们现在所能了解的理论来解说，比方量子引力。(维基同享，Dr.Tonomura 和Belsazar)
电子是咱们国际中不行思议的重要组成部分，在咱们可观测国际中大约有〖10〗^80个电子。它们是组成原子的必需之物，原子构成了分子、人类、行星等等等等。在咱们的国际中，从磁铁到电脑，再到可触摸到的全部微观物体，都是由它们组成的。
但它们之所以具有这些特点，仍是由于分配国际的底子量子规矩。规范模型是咱们如今对这些规矩最好的描绘，它也是电子与粒子能够彼此作用和不能彼此作用的最好描绘
电子为什么具有这些超出规范模型规模的特别特点呢？咱们知道，人类如今只能描绘国际是怎么运作的。为什么它会这样运作，依然是一个悬而未决的问题，至今都没有令人满意的答案。咱们所能做的便是持续查询，并尽力找寻一个更底子的答案。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. Berry- Ethan Siegel
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