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'''电子泡沫'''（Electron bubble）是在低温气体或液体（如[[氖|氖气]]或[[氦|氦气]]）中的自由[[电子]]周围产生的空白空间。它们通常非常小，在[[气压|大气压]]下直径约为2nm。

== 氦中的电子泡沫 ==
在室温下，[[惰性气体]]中的电子自由移动，仅受与[[弱相互作用]]原子碰撞的影响。它们的[[电子迁移率|迁移率]]取决于气体的密度和温度，这已经通过经典[[分子运动论|动力学理论]]较好地描述。随着温度的降低，电子迁移率会降低，因为氦原子在低温下会减慢移动速度，并且不常与电子进行相互作用。[[电子泡沫#Footnotes|[1]]]

在临界温度以下，电子的迁移率迅速下降到远低于经典预期的值。这种差异导致了电子气泡理论的发展。[[电子泡沫#Footnotes|[2]]] 在低温下，注入液氦的电子不会像人们期望的那样自由移动，而是在自身周围形成小的真空气泡。

== 氦表面的电子排斥 ==
由于氦气和[[液相]]之间的[[介电常数]]的差异，电子被液氦吸引。负电子使表面的氦[[极化]]，导致[[鏡像法|镜像电荷]]（image charge）将其与表面结合。由于氢原子较为稳定，电子不能进入液体中。电子和镜像电荷形成一种约束状态，就像电子和[[質子|质子]]在氢原子中一样，具有最小的平均间隔。在这种情况下，最小能量约为 1eV（原子尺度上适量的能量）。[[电子泡沫#Footnotes|[3]]] 当电子被迫进入液氦而不是漂浮在其表面时，它会形成气泡而不是进入液体。气泡的大小由三个主要因素决定（忽略较小的修正）：限制项（confinement term）、表面张力项和压力-体积项。限制项是纯粹的[[量子力学]]，因为每当电子被严格约束时，其[[动能]]就会上升。表面张力项代表液氦的表面能，这就像水和所有其他液体一样。压力-体积项是将氦气推出气泡所需的能量。[[电子泡沫#Footnotes|[4]]]

<math>E \approx \frac{h^2}{8 m R^2} + 4\pi R^2\alpha + \frac{4}{3}\pi R^3P</math>

这里''E''是气泡的能量，''h''是[[普朗克常数]]，''m''是[[電子質量|电子质量]]，''R''是气泡半径，''α''是[[表面能]]，''P''是[[压强|环境压力]]。

== 2S电子泡沫 ==
根据对上述方程的分析，对2S电子泡沫在广泛的环境压力下表现出惊人的形态不稳定性进行了理论预测。虽然其[[波函数]]是球形的，但气泡的稳定形状是非球形的。[[电子泡沫#Footnotes|[5]]]

== 外部链接 ==

* {{cite press|date=25 November 2005|url=http://www.eurekalert.org/pub_releases/2005-11/ns-qba112305.php|title=Quantum bubbles are the key|publisher=[[New Scientist]]|access-date=2020-07-18|archive-date=2020-07-19|archive-url=https://web.archive.org/web/20200719105712/https://www.eurekalert.org/pub_releases/2005-11/ns-qba112305.php|dead-url=no}}

== 参考资料 ==

* 1. {{cite journal|title=Electron Mobilities in Low Density Helium and Nitrogen Gases|author=G. Ramanan and Gordon R. Freeman|journal=[[Journal of Chemical Physics]]|issue=5|doi=10.1063/1.459675|year=1990|volume=93|pages=3120|bibcode=1990JChPh..93.3120R}}
* 2. {{cite journal|title=Theory of Negative Ions in Liquid Helium|author=C. G. Kuper|journal=[[Physical Review]]|issue=4|doi=10.1103/PhysRev.122.1007|year=1961|volume=122|pages=1007|bibcode=1961PhRv..122.1007K}}
* 3. {{cite journal|title=Liquid Helium as a Barrier to Electrons|author=W. T. Sommer|journal=[[Physical Review Letters]]|issue=11|doi=10.1103/PhysRevLett.12.271|year=1964|volume=12|pages=271–273|bibcode=1964PhRvL..12..271S}}
* 4. {{cite journal|title=Energy of Negative Ions in Liquid Helium by Photoelectric Emission|author=M. A. Woolf and G. W. Rayfield|journal=[[Physical Review Letters]]|issue=6|doi=10.1103/PhysRevLett.15.235|year=1965|volume=15|pages=235|bibcode=1965PhRvL..15..235W}}
* 5. {{cite journal|title=Instability of the 2S Electron Bubbles|author=P. Grinfeld and H. Kojima|journal=[[Physical Review Letters]]|issue=10|doi=10.1103/PhysRevLett.91.105301|year=2003|volume=91|pages=105301|bibcode=2003PhRvL..91j5301G|pmid=14525485}}

[[Category:電子]]
[[Category:粒子物理學]]