Qadimgi yunonlar qahraboni mo‘ynaga ishqalaganda mayda buyumlarni o‘ziga tortishini payqagan. Chaqmoq bilan bir qatorda bu hodisa insoniyat tomonidan qayd etilgan eng qadimgi elektr hodisalaridan biri bo‘lgan. Ingliz olimi 1600-yildagi «De Magnete»^[ing.] asarida Uilyam Gilbert ishqalangandan keyin qahrabo kabi mayda buyumlarni tortadigan moddalarni ifodalash uchun yangi lotincha lot. electrica atamasini kiritdi^[12]. Elektr va elektr so‘zlari lotincha lot. ēlectrum so‘zidan kelib chiqqan (shu nomdagi qotishma nomining ham o‘zagi), u esa qahraboni ifodalovchi yunoncha qad. yun. ἤλεκτρον (qad. yun. ēlektron)^[5].

1700-yillarning boshida fransuz kimyogari Sharl Fransua Dyufe ipak bilan ishqalangan shisha zaryadlangan oltin yaproqchani itarsa, jun bilan ishqalangan qahrabo o‘sha zaryadlangan yaproqchani tortishini aniqladi. Shu va boshqa o‘xshash tajribalar asosida Dyufe elektr hodisalari ikki xil elektr suyuqligi: shishasimon (ipak bilan ishqalangan shishadan hosil bo‘ladigan) va smolasimon (jun bilan ishqalangan qahrabodan hosil bo‘ladigan) suyuqlikdan iborat, deb xulosa qildi. Bu ikki suyuqlik qo‘shilganda bir-birini neytrallashi mumkin^[12][13]. Amerikalik olim Ebenezer Kinnersli keyinchalik mustaqil ravishda xuddi shunday xulosaga keldi^[14]:118. O‘n yil o‘tgach, Benjamin Franklin elektr hodisalari turli suyuqliklardan emas, balki bitta elektr suyuqligining ortiqcha (+) yoki yetishmasligi (−) natijasida yuzaga keladi, deb taxmin qildi. U ularga zamonaviy zaryad nomlarini, mos ravishda musbat va manfiy nomlarini berdi^[15]. Franklin zaryad tashuvchisi musbat deb hisoblagan, lekin qaysi holatda tashuvchilar ortiqcha, qaysi holatda yetishmasligini noto‘g‘ri belgilagan^[16].

1838–1851-yillarda britaniyalik tabiatshunos Richard Leming atom modda yadrosidan va uni o‘rab turuvchi, birlik elektr zaryadiga^[17] ega subatom zarrachalardan iborat degan g‘oyani ishlab chiqdi. 1846-yildan boshlab nemis fizigi Vilgelm Eduard Veber elektr hodisalari musbat va manfiy zaryadlangan suyuqliklardan iborat bo‘lib, ular o‘rtasidagi taʼsir teskari kvadratlar qonuniga muvofiq boshqariladi, deb taxmin qildi. elektroliz hodisasini 1874-yilda o‘rgangan irlandiyalik fizik Jorj Stoni «elektrning maʼlum miqdori» — bir valentli ion zaryadi mavjud deb faraz qildi. U ushbu elementar zaryad eqiymatini Faradeyning elektroliz qonunlari^[18] yordamida baholay oldi. Biroq Stoni bu zaryadlar atomlarga doimiy bog‘langan va ulardan ajralmaydi, deb hisoblagan. 1881-yilda nemis fizigi German fon Gelmgols musbat hamda manfiy zaryadlar elementar qismlarga bo‘linishini, ularning har biri «elektr atomlari kabi harakat qilishini» taʼkidladi^[11].

Stoni birinchi marta «elektrolion» atamasini 1881-yilda kiritdi. O‘n yil o‘tib, shu elementar zaryadlarni taʼriflash uchun elektron so‘zidan foydalana boshladi. 1894-yilda u yozgan: «…elektrning ushbu eng ajoyib fundamental birligi qiymati amalda baholandi. Men unga elektron deb nom berishni taklif qilishga jurʼat etdim». 1906-yilda elektrion atamasiga o‘tish taklifi ommalashmadi, chunki Hendrik Lorens elektron^[19][20] nomini saqlashni afzal ko‘rgan. Elektron so‘zi ingliz tilidagi electric va ion^[21] so‘zlari qo‘shilishidan kelib chiqqan. Hozirda -on qo‘shimchasi proton va neytron singari boshqa subatom zarrachalarni nomlashda ham ishlatiladi^[22][23].

1859-yilda siyrak gazlarning elektr o‘tkazuvchanligini o‘rganayotgan nemis fizigi Yulius Plyukker katod chiqarayotgan nurlanish katod yaqinidagi trubka devorida fosforessent yorug‘lik hosil qilishini va nurlanish dog‘ini magnit maydon yordamida siljitish mumkinligini kuzatdi^[25]. 1869-yilda Plyukkerning shogirdi Iogann Vilgelm Gittorf katod bilan fosforessensiyalanuvchi sirt orasiga qo‘yilgan qattiq jism trubkaning shu qismiga soya tashlashini aniqladi. Gittorf katod to‘g‘ri chiziqli nurlar chiqarishini va fosforessensiya trubka devoriga tushayotgan shu nurlar sababli yuzaga kelishini taxmin qildi. 1876-yilda nemis fizigi Oygen Goldshteyn nurlar katod sirtiga perpendikulyar ravishda tarqalishini ko‘rsatdi, bu ularni cho‘g‘lanma lampaning yorug‘ligidan farqlaydi. Goldshteyn ularga katod nurlari deb nom berdi^[26][27]:393.

1870-yillarda ingliz kimyogari va fizigi ser Uilyam Kruks dastlabki elektron-nur trubkasini ichida yuqori vakuum bo‘lgan holda yaratdi^[28]. So‘ng 1874-yilda u katod nurlari yo‘lidagi kichik parrakli g‘ildirakni aylantira olishini ko‘rsatdi. Shundan nurlar impuls tashiydi, degan xulosaga keldi. Magnit maydon yordamida nurlarni og‘dirib, ular manfiy zaryadlangandek harakatlanishini ham ko‘rsatdi^[26]. 1879-yilda u bu kuzatuvlarni katod nurlari manfiy zaryadlangan gazsimon molekulalardan iborat, deb tushuntirishni taklif qildi. Ularni moddaning to‘rtinchi holatidagi zarrachalar deb qaradi, bunda zarrachalarning erkin yugurish yo‘li shunchalik uzunki, to‘qnashuvlarni eʼtiborsiz qoldirish mumkin^{[27]:394–395}.

Nemis kelib chiqishli britaniyalik fizik Artur Shuster Kruks tajribalarini davom ettirib, katod nurlariga parallel metall plastinalar joylashtirdi va ular orasiga elektr potensialini qo‘lladi^[29]. Maydon nurlarni musbat zaryadlangan plastina tomon og‘dirdi, bu esa ular manfiy zaryad tashishini yana bir bor ko‘rsatdi. Maʼlum tok darajasidagi og‘ish miqdorini o‘lchab, Shuster 1890-yilda nur tarkibiy qismlarining zaryadining massaga nisbatini^[ing.][a] baholadi. Biroq natija kutilganidan ming martadan ko‘proq katta chiqqani sababli o‘sha paytda uning hisoblariga ishonishmadi^[26]. Chunki zaryad tashuvchilari ancha og‘ir vodorod atomlari yoki azot atomlari deb taxmin qilingan edi^[29].

1892-yilda Hendrik Lorens bu zarrachalarning (elektronlarning) massasi ularning elektr zaryadidan kelib chiqishi mumkinligini taxmin qildi^[30].

Tabiiy ravishda fluoressensiyalanadigan minerallarni 1896-yilda o‘rgangan fransuz fizigi Anri Bekkerel ularning tashqi energiya manbai taʼsirisiz nurlanish chiqarishini aniqladi. Bu radioaktiv materiallar olimlar, jumladan Yangi Zelandiyalik fizik Ernest Rezerfordning katta qiziqishiga sabab bo‘ldi. Rezerford ular zarrachalar chiqarishini aniqlab, modda ichiga kirish qobiliyatiga ko‘ra ularni alfa va beta deb atadi^[31]. 1900-yilda Bekkerel radiy chiqaradigan beta-nurlar elektr maydonida og‘ishini hamda ularning massa va zaryad nisbati katod nurlariniki bilan bir xil ekanini ko‘rsatdi^[32]. Bu dalil elektronlar atomlar tarkibiga kiradi degan qarashni mustahkamladi^[33][34].

Katod nurlari bilan o‘tkazilgan o‘nlab yillik nazariy va tajribaviy tadqiqotlar elektronlarni J. J. Tomson tomonidan kashf etishda muhim rol o‘ynadi^[11]. 1897-yilda Tomson hamkasblari Jon S. Taunsend va H. A. Uilson^[ing.] bilan birga tajribalar o‘tkazdi. Ular katod nurlari ilgari o‘ylanganidek to‘lqinlar, atomlar yoki molekulalar emas, balki haqiqatan yangi zarrachalar ekanini ko‘rsatdi. Tomson e zaryadi va m massasini yaxshi aniqlikda baholadi. U «korpuskulalar» deb atagan elektron-nur zarrachalarining massasi maʼlum eng yengil ion — vodorod ioni massasining taxminan mingdan bir qismiga teng bo‘lishi mumkinligini aniqladi. U zaryadning massaga nisbati e/m katod materialiga bog‘liq emasligini ko‘rsatdi. Keyin radioaktiv, qizdirilgan va yoritilgan materiallar hosil qiladigan manfiy zaryadlangan zarrachalar ham umumiy xossalarga egaligini aniqladi^[35]. Bu zarrachalar uchun «elektron» nomi ilmiy jamoatchilikda, asosan, J. Fitsjerald, J. Larmor va H. A. Lorensning qo‘llab-quvvatlashi bilan ommalashgan^[36]:273. O‘sha yili Emil Vixert va Valter Kaufmann ham e/m nisbatini hisoblab chiqdi, ammo natijalarini izohlay olmadi. J. J. Tomson esa keyinchalik, 1899-yilda elektronning zaryadi va massasini ham baholadi: e ~ 6,8⋅10⁻¹⁰ Fr. va m ~ 3⋅10⁻²⁶ g^[37][38].

Elektron zaryadini amerikalik fiziklar Robert Milliken va Harvi Fletcher^[ing.] o‘zlarining moy tomchisi tajribasida 1909-yilda yanada aniq o‘lchadi. Natijalar 1911-yilda eʼlon qilindi. Tajribada zaryadlangan moy tomchisining og‘irlik kuchi taʼsirida tushishi elektr maydoni yordamida muvozanatlandi. Qurilma 1 dan 150 tagacha ion elektr zaryadini 0,3% dan kichik xatolik bilan o‘lchash imkonini berdi. Bundan oldin Tomson jamoasi elektroliz orqali olingan zaryadli suv tomchilari bulutidan foydalanib o‘xshash tajribalar o‘tkazgan. 1911-yilda Abram Ioffe zaryadlangan metall mikrozarrachalardan foydalanib, Milliken bilan bir xil natijani mustaqil oldi va 1913-yilda natijalarini chop etdi^[39]. Biroq moy tomchilari sekinroq bug‘langani uchun suv tomchilariga qaraganda barqarorroq va shu sababli uzoq davom etadigan aniq tajribalar uchun qulayroq edi^[40].

XX asr boshlarida tez harakatlanayotgan zaryadli zarracha maʼlum sharoitda o‘z yo‘li bo‘ylab o‘ta to‘yingan suv bug‘ining kondensatsiyasiga sabab bo‘lishi aniqlandi. 1911-yilda Charlz Vilson shu prinsipdan foydalanib o‘zining Vilson kamerasini yaratdi va u orqali tez harakatlanuvchi elektronlar kabi zaryadli zarrachalarning izlarini suratga oldi^[41].

1914-yilga kelib fiziklar Ernest Rezerford, Genri Mozli, Jeyms Frank va Gustav Gers tajribalari atomning tuzilishini asosan musbat zaryadli zich yadro va uni o‘rab turgan kichik massali elektronlardan iborat ekanini isbotladi^[42]. 1913-yilda daniyalik fizik Nils Bor elektronlar kvantlangan energiya holatlarida bo‘lib, ularning energiyasi elektronning yadro atrofidagi orbital impuls momenti bilan belgilanadi, deb taxmin qildi. Elektronlar muayyan chastotadagi fotonlarni chiqarish yoki yutish orqali bu holatlar yoki orbitalar o‘rtasida o‘ta oladi. Bor shu kvantlangan orbitalar yordamida vodorod atomining spektral chiziqlarini vodorod atomidagi spektral chiziqlarni aniq tushuntirdi^[43]. Biroq Bor modeli spektral chiziqlarning nisbiy intensivligini hisobga ololmadi va murakkabroq atomlarning spektrlarini tushuntirib berolmadi^[42].

Atomlar o‘rtasidagi kimyoviy bog‘lanishlarni Gilbert Nyuton Lyuis tushuntirdi. U 1916-yilda ikki atom o‘rtasidagi kovalent bog‘lanish umumiy elektron jufti hisobiga saqlanishini taxmin qildi^[44]. Keyinchalik, 1927-yilda Valter Gaytler va Frits London elektron jufti va kimyoviy bog‘lanish hosil bo‘lishini kvant mexanikasi^[45] nuqtayi nazaridan to‘liq tushuntirdi. 1919-yilda amerikalik kimyogar Irving Lengmyur Lyuisning statik atom modelini rivojlantirib, barcha elektronlar «bir xil qalinlikdagi ketma-ket konsentrik (deyarli) sferik qobiqlarda» joylashganini taxmin qildi^[46]. Keyin u qobiqlarni har birida bir juft elektron bo‘lgan katakchalarga ajratdi. Ushbu model yordamida Lengmyur davriy jadvaldagi barcha elementlarning kimyoviy xossalarini sifat jihatdan tushuntirdi^[45]. Maʼlumki, bu xossalar ko‘p jihatdan davriy qonunga muvofiq takrorlanadi^[47].

1924-yilda avstriyalik fizik Volfgang Pauli atomning qobiq tuzilishini har bir kvant energiya holatini aniqlaydigan to‘rtta parametr yordamida tushuntirish mumkinligini aniqladi, bunda har bir holatda bittadan ortiq elektron bo‘lmasligi kerak. Bu taqiq Pauli taqiqlash prinsipi^[48] deb nom oldi. Ikki qiymatdan birini oladigan to‘rtinchi parametrni tushuntiruvchi fizik mexanizmni niderlandiyalik fiziklar Semyuel Gaudsmit va Jorj Ulenbek taklif qildi. 1925-yilda ular elektron orbital impuls momentidan tashqari o‘ziga xos impuls momenti va magnit dipol momentga ^{ega, deb taxmin qildi[42][49]}. Buni Quyosh atrofida aylanayotgan Yerning o‘z o‘qi atrofida aylanishiga o‘xshatish mumkin. Xususiy impuls momenti spin deb nomlandi. Bu yuqori aniqlikdagi spektrograf yordamida kuzatiladigan spektral chiziqlar ajralishini tushuntirdi; hodisa nozik tuzilishning ajralishi^[50].

1924-yilgi dissertatsiyasida frans. Recherches sur la théorie des quanta («Kvant nazariyasi bo‘yicha tadqiqotlar») fransuz fizigi Lui de Broyl barcha moddalarni keyinchalik de Broyl to‘lqini deb atalgan to‘lqin sifatida ifodalash mumkinligini taxmin qildi. Bu yorug‘likka^[51] o‘xshab, muayyan sharoitlarda elektron va boshqa moddalarning zarracha yoki to‘lqin xossalarini namoyon etishini anglatadi. Zarrachaning korpuskulyar xossalari uning trayektoriyasi bo‘ylab istalgan vaqtda fazoda aniq joylashuvi borligi ko‘rsatilganda namoyon bo‘ladi^[52]. Yorug‘likning to‘lqin tabiati, masalan, nur parallel tirqishlardan o‘tib interferensiya manzaralarini hosil qilganda kuzatiladi. 1927-yilda Jorj Pajet Tomson elektronlar dastasi yupqa metall folgadan o‘tganda interferensiya yuz berishini aniqladi. Amerikalik fiziklar Klinton Devisson va Lester Jermer esa elektronlarni nikel yuzasidan qaytarish orqali shu hodisani kuzatdi^[53].

Elektronlarning to‘lqin tabiatiga oid de Broyl bashorati Ervin Shryodingerni atom yadrosi taʼsirida harakatlanuvchi elektronlar uchun to‘lqin tenglamasini taklif qilishga undadi. Uning 1926-yildagi tenglamasi — Shryodinger tenglamasi — elektron to‘lqinlari qanday tarqalishini muvaffaqiyatli tasvirladi^[54]. To‘lqin tenglamasi elektron joylashuvining vaqtga bog‘liq funksiyasini bermaydi, balki uning nuqta yaqinida bo‘lish ehtimolini bashorat qiladi. Ayniqsa elektron potensial o‘ra orqali fazoning muayyan qismiga bog‘langan, to‘lqin tenglamalari vaqt bo‘yicha o‘zgarmaydigan tizimlar uchun bu muhim. Ushbu yondashuv kvant mexanikasining ikkinchi taʼrifiga olib keldi (kvant nazariyasining matritsali mexanika shaklidagi birinchi taʼrifini 1925-yilda Geyzenberg taklif qilgan). Shryodinger va Geyzenberg tenglamalari yechimlari vodorod atomidagi elektronning energiya holatlarini olish imkonini berdi. Ular Borning 1913-yildagi ifodalariga teng bo‘lib chiqdi va vodorod atomining spektrini qayta hosil qildi^[55]. Spin va bir necha elektron o‘rtasidagi taʼsirni tasvirlash mumkin bo‘lgach, kvant mexanikasi atom raqami vodorodnikidan katta bo‘lgan atomlarning elektron konfiguratsiyasini bashorat qilishga imkon berdi^[56].

1928-yilda Volfgang Pauli ishlariga asoslanib, Pol Dirak elektronning Dirak tenglamasi deb atalgan modelini yaratdi. U nisbiylik prinsipiga mos kelar va maxsus nisbiylik nazariyasi hamda simmetriya mulohazalarini elektromagnit maydon kvant mexanikasining Gamilton shakliga tatbiq qilish orqali olingan edi^[57]. Dirak o‘zining relyativistik tenglamasidagi ayrim muammolarni hal qilish uchun 1930-yilda vakuumni manfiy energiyali zarrachalarning cheksiz dengizi sifatida tasvirlovchi modelni ishlab chiqdi. Keyinchalik u Dirak dengizi deb nomlandi. Bu uning elektron uchun antimoddadagi analogi — pozitron mavjudligini bashorat qilishiga olib keldi^[58]. Bu zarracha 1932-yilda Karl Anderson tomonidan kashf etilgan^[59].

1947-yilda Uillis Lemb aspirant Robert Rezerford bilan birgalikda vodorod atomida energiyasi bir xil bo‘lishi kerak bo‘lgan ayrim kvant holatlari bir-biriga nisbatan siljiganini aniqladi. Bu farq Lemb siljishi deb nomlandi. Taxminan shu paytda Polikarp Kush Genri Foli^[ing.] bilan ishlayotib, elektronning magnit momenti Dirak nazariyasida bashorat qilinganidan biroz kattaroq ekanini aniqladi. Bu kichik farq keyinchalik elektronning anomal magnit dipol momenti deb ataldi. Tez orada bu farq kvant elektrodinamikasi nazariyasi yordamida tushuntirildi. Ushbu nazariyani Sinʼitiro Tomonaga, Julian Shvinger va Richard Feynman 1940-yillarning oxirida ishlab chiqqan^[60].

XX asrning birinchi yarmida zarracha tezlatkichlari rivojlangach, fiziklar subatom zarrachalar^[61] xossalarini chuqurroq o‘rgana boshladi. Elektronlarni elektromagnit induksiya yordamida tezlatish bo‘yicha ilk muvaffaqiyatli urinishni 1942-yilda Donald Kerst amalga oshirdi. Uning dastlabki betatroni 2,3 MeV energiyaga erishdi, keyingi betatronlar esa 300 MeV ga yetdi. 1947-yilda General Electric kompaniyasining elektron sinxrotronida sinxrotron nurlanishi kashf etildi; manbada uning to‘lqin uzunligi 70 MeV deb keltirilgan. Bu nurlanish elektronlar magnit maydonda yorug‘lik tezligiga yaqin tezlikda harakatlanib tezlanishi natijasida yuzaga kelgan^[62].

Nur energiyasi 1,5 GeV bo‘lganda, yuqori energiyali zarrachalarning ilk kollayderi ADONE bo‘lib, u 1968-yilda ishga tushgan^[63]. Qurilma elektron va pozitronlarni qarama-qarshi yo‘nalishlarda tezlatib, ularning to‘qnashuv energiyasini elektronning qo‘zg‘almas nishonga urilishiga qaraganda amalda ikki baravar oshirgan^[64]. Katta elektron-pozitron kollayderi (LEP) CERNda 1989–2000-yillarda ishlagan, to‘qnashuv energiyasini 209 GeV ga yetkazgan va elementar zarrachalar fizikasining Standart modeli uchun muhim o‘lchovlarni amalga oshirgan^[65][66].

Hozirda alohida elektronlarni o‘ta kichik (L = 20 nm, W = 20 nm) KMOP-tranzistorlarda −269 °C (4 K) dan taxminan −258 °C (15 K)^[67]) gacha bo‘lgan kriogen haroratlarda oson tutib turish mumkin. Elektronning to‘lqin funksiyasi yarimo‘tkazgich panjarasida tarqaladi va valentlik zonasi elektronlari bilan juda kam o‘zaro taʼsirlashadi. Shu sababli elektron massasini effektiv massa tenzori yordamida ifodalash mumkin^[68].

Standart modelda elementar zarrachalar fizikasiga ko‘ra elektronlar leptonlar deb ataluvchi subatom zarrachalar guruhiga mansub bo‘lib, ular fundamental yoki elementar zarrachalar sanaladi. Elektronlar zaryadlangan leptonlar (umuman, har qanday elektr zaryadli zarrachalar) orasida eng kichik massaga ega va fundamental zarrachalarning birinchi avlodiga mansub^[69]. Ikkinchi va uchinchi avlodlarga zaryadlangan leptonlar — myuon va tau-lepton kiradi. Ular zaryadi, spini va o‘zaro taʼsirlari jihatidan elektron bilan bir xil, ammo massasi kattaroq. Leptonlar moddaning boshqa asosiy tarkibiy qismlari — kvarklardan kuchli o‘zaro taʼsirda qatnashmasligi bilan farqlanadi. Leptonlarning barchasi fermionlar, chunki ularning spini yarim butun; elektronning spini 1/2^[70].

Invariant massa elektron uchun taxminan 9,109×10⁻³¹ kg^[71] yoki 5,489⋅10⁻⁴ atom massa birligiga teng. Massa va energiya ekvivalentligi prinsipiga ko‘ra bu 0,511 MeV tinchlik energiyasiga mos keladi. Proton massasining elektron massasiga nisbati^[ing.] taxminan 1836 ga teng^[9][72]. Astronomik o‘lchovlar Standart model bashorat qilganidek, bu nisbat kamida Koinot yoshining yarmi davomida o‘zgarmaganini ko‘rsatadi^[73].

Elektronlar elektr zaryadiga −1,602176634⋅10⁻¹⁹ Kl^[71] ega. Bu zaryad subatom zarrachalar uchun standart birlik sifatida ishlatiladi va elementar elektr zaryadi deb ataladi. Tajriba aniqligi chegarasida elektronning zaryadi protonnikiga miqdor jihatidan teng, ishorasi esa qarama-qarshi^[74]. e belgisi elementar zaryadni ifodalagani sababli elektron odatda e−
bilan belgilanadi; minus belgisi manfiy zaryadni ko‘rsatadi. Pozitron e+
bilan belgilanadi, chunki u elektron bilan bir xil xossalarga ega, faqat elektr zaryadi manfiy emas, musbat^[70][71].

Elektronning xususiy impuls momenti yoki spini 1/2^[71] mavjud. Bu xossa odatda elektronni spin-1/2^[ing.]li zarracha deb atash bilan ifodalanadi^[70]. Bunday zarrachalarning spin kattaligi ħ/2^[b][75] ga teng, spinning ixtiyoriy o‘qqa proyeksiyasini o‘lchash natijasi esa faqat ±ħ/2 qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Spindan tashqari elektron o‘zining magnit momentiga ham ega bo‘lib, u spin bilan bir yo‘nalgan^[71]. U taxminan bir Bor magnetoniga^[76][c] teng, yaʼni (9,27400915 ± (23))⋅10⁻²⁴ J/T^[71]. Spin yo‘nalishining elektron impulsiga nisbatan holati (relyativistik zarrachalar uchun) zarrachaning spirallik xossasini belgilaydi^[77].

Elektronning maʼlum ichki tuzilmasi^[8][78] yo‘q. Elektron radiusi zamonaviy fizikaning murakkab masalasidir. Elektronlarning pozitronlarda sochilishi bo‘yicha tajribalarda zarrachalarning nuqtasimon tabiatidan chetlanish kuzatilmagan^[79]. Elektronning ichki tuzilmasi bo‘lsa, unda elektr dipol momenti ham bo‘lardi, ammo bunday moment topilmagan^[80]. Elektron radiusini chekli deb faraz qilish maxsus nisbiylik nazariyasiga zid. Boshqa tomondan, nuqtasimon elektron (radiusi nol) elektron xususiy energiyasining cheksizlikka intilishi tufayli jiddiy matematik muammolar tug‘diradi^[81]. Alohida elektronni Penning tutqichida kuzatish zarracha radiusining yuqori chegarasi 10⁻²² metr ekanini taxmin qilishga imkon beradi^[82]. Elektron radiusining 10⁻¹⁸ metr yuqori chegarasini energiya bilan bog‘liq ^[83]noaniqlik munosabatidan foydalanib aniqlash mumkin. Shuningdek, qiymati ancha kattaroq bo‘lgan «elektronning klassik radiusi» deb ataluvchi fizik doimiy ham mavjud; qiymati 2,8179⋅10⁻¹⁵ m bo‘lib, proton radiusidan kattaroq. Biroq bu atama kvant mexanikasi effektlarini hisobga olmaydigan soddalashtirilgan hisobdan kelib chiqqan. Aslida elektronning klassik radiusi uning haqiqiy fundamental tuzilmasi bilan deyarli bog‘liq emas^[84][d]. Baʼzi elementar zarrachalar o‘z-o‘zidan parchalanadi^[ing.]* va kichikroq massali zarrachalarga aylanadi. Masalan, myuonning o‘rtacha yashash muddati 2,2⋅10⁻⁶ soniya bo‘lib, u elektron, myuon neytrinosi va elektron antineytrinosiga parchalanadi. Elektron esa nazariy jihatdan barqaror deb hisoblanadi: u elektr zaryadi noldan farqli bo‘lgan eng kichik massali zarracha. Shuning uchun uning parchalanishi zaryadning saqlanish qonunini^[85] buzgan bo‘lardi. Elektronning o‘rtacha yashash muddati uchun tajribada aniqlangan quyi chegara 6,6⋅10²⁸ yil bo‘lib, ishonchlilik darajasi 90 %^[3][86][87].

Boshqa barcha zarrachalar kabi elektronlar ham to‘lqin kabi harakatlanishi mumkin. Bu hodisa korpuskulyar-to‘lqin dualizmi deb ataladi; uni ikki tirqishli tajribada kuzatish mumkin^[93].

Elektronning to‘lqin tabiati unga klassik zarracha kabi faqat bitta tirqishdan emas, balki ikkita parallel tirqishdan bir vaqtda o‘tish imkonini beradi. Kvant mexanikasida bitta zarrachaning to‘lqin xossasini matematik tarzda kompleks qiymatli to‘lqin funksiyasi bilan tavsiflash mumkin. U odatda yunoncha psi (ψ) harfi bilan belgilanadi. Ushbu funksiyaning mutlaq qiymati kvadratga oshirilganda, zarrachani muayyan joy yaqinida kuzatish ehtimoli — ehtimollik zichligi deb ataladi^{[94]:162–218}.

Elektronlar farqlanmaydigan zarrachalardir, chunki ularni o‘ziga xos fizik xossalari orqali bir-biridan ajratib bo‘lmaydi. Kvant mexanikasida bu o‘zaro taʼsirlashuvchi ikki elektron tizim holatida sezilarli o‘zgarish bo‘lmasdan o‘rin almashishi mumkinligini bildiradi. Fermionlar, jumladan elektronlarning to‘lqin funksiyasi antisimmetrik: ikki elektron o‘rin almashganda funksiya ishorasi almashadi, yaʼni ψ(r₁, r₂) = −ψ(r₂, r₁), bunda r₁ va r₂ o‘zgaruvchilari birinchi va ikkinchi elektronlarga mos keladi. Ishora o‘zgarganda mutlaq qiymat o‘zgarmagani uchun ehtimolliklar teng bo‘ladi. Bozonlar, masalan, fotonlar esa simmetrik to‘lqin funksiyalariga ega^{[94]:162–218}.

Antisimmetriya holatida o‘zaro taʼsirlashuvchi elektronlarning to‘lqin tenglamasi yechimlari ehtimollik nolga teng bo‘lishini, yaʼni ikkala elektronning bir joy yoki holatni egallay olmasligini ko‘rsatadi. Bu Pauli taqiqlash prinsipining asosidir. U ikkita elektronning bitta kvant holatini egallashiga yo‘l qo‘ymaydi. Mazkur prinsip elektronlarning ko‘plab xossalarini tushuntiradi. Masalan, bog‘langan elektronlar guruhlari bitta orbitada ustma-ust kelmasdan, atomdagi turli orbitallarni egallashiga olib keladi^{[94]:162–218}.

Ko‘pincha noto‘g‘ri taassurot uyg‘otsa-da, baʼzi sifat jihatlarini tasvirlashga yordam beradigan soddalashtirilgan modelda har bir foton maʼlum vaqt davomida virtual elektron va uning antizarrachasi — virtual pozitron jufti sifatida mavjud bo‘ladi. Ular birozdan so‘ng tezda o‘zaro annigilyatsiyalanadi^[95]. Bunday zarrachalarni yaratish uchun zarur energiya o‘zgarishi va ularning mavjud bo‘lish vaqti kombinatsiyasi Geyzenberg noaniqlik munosabati bilan ifodalanadigan aniqlash chegarasidan pastda bo‘ladi: ΔE · Δt ≥ ħ/2. Aslida bu virtual zarrachalarni hosil qilish uchun kerak bo‘ladigan ΔE energiyani vakuumdan Δt vaqtga «qarz olish» mumkin, bunda ularning ko‘paytmasi keltirilgan Plank doimiysidan, ħ ≈ 6,6⋅10⁻¹⁶ eV·s. Shunday qilib, virtual elektron uchun Δt uchun bu qiymat 1,3⋅10⁻²¹  soniyadan oshmaydi^[96].

Elektron va uning yonidan uchib o‘tayotgan fotonni ko‘rib chiqaylik. Foton virtual elektron-pozitron jufti ko‘rinishida mavjud bo‘lgan paytda, elektronning Kulon kuchi elektr maydoni hosil bo‘lgan pozitronni dastlabki elektronga tortadi, hosil bo‘lgan elektronni esa itaradi. Bu vakuumning qutblanishi deb ataladi. Natijada vakuum o‘zini dielektrik singdiruvchanligi birdan katta muhit kabi tutadi. Shuning uchun elektronning samarali zaryadi asl zaryadidan kichikroq bo‘ladi va undan uzoqlashgan sari kamayadi^[97][98]. Bu qutblanish 1997-yilda Yaponiyadagi zarracha tezlatkichida — TRISTANda — tajribada tasdiqlangan^[99]. Virtual zarrachalar ekranlash taʼsirini yuzaga keltiradi, bu elektron massasiga bog‘liq taʼsir bilan taqqoslanadi^[100].

Virtual zarrachalar bilan o‘zaro taʼsir elektronning xususiy magnit momenti Bor magnetonidan ozgina (taxminan 0,1%) farq qilishini ham tushuntiradi (anomal magnit moment)^[76][101]). Bashorat qilingan bu farqning tajribada aniqlangan qiymatga nihoyatda aniq mos kelishi kvant elektrodinamikasining eng katta yutuqlaridan biri deb baholanadi^[102].

Klassik fizikadagiKlassik fizikada elektronni xususiy impuls momenti va magnit momentiga ega nuqtasimon zarracha sifatida tasvirlash paradoksi uning elektromagnit maydondagi dinamikasi bilan izohlanishi mumkin. Norelyativistik chegaraga o‘tganda elektron titroq harakat (zitterbewegung — titroq harakat) qiladi va natijada o‘rtacha aylana harakat pretsessiya^[103] bilan yuz beradi. Bunday harakat Kompton to‘lqin uzunligi kattaligidagi yoyiq obyekt sifatida tasvirlangan elektronning ham spinini, ham magnit momentini hosil qiladi^[7][104]Atomlarda virtual fotonlar Lemb siljishini tushuntiradi. U spektral chiziqlarda kuzatiladi. Kompton to‘lqin uzunligi elektron kabi elementar zarrachalar yaqinida energiya–vaqt noaniqlik munosabati virtual zarrachalar hosil bo‘lishiga imkon berishini ko‘rsatadi. Shu to‘lqin uzunligi virtual zarrachalarning elementar zarrachalar atrofidagi kichik masofalarda «statik» ko‘rinishini tushuntiradi^[97].

Elektron elektr maydoni hosil qiladi. Bu maydon proton kabi musbat zaryadli zarrachani tortadi, manfiy zaryadli zarrachani esa itaradi. Norelyativistik yaqinlashuvda mazkur kuchning kattaligi Kulonning teskari kvadratlar qonuni^{[105]: 58-61} bilan aniqlanadi. Elektron harakatlanganda magnit maydoni^[94]: 140 hosil qiladi. Amper–Maksvell qonuni magnit maydonni kuzatuvchiga nisbatan elektronlarning umumiy harakati — tok bilan bog‘laydi. Induksiyaning shu xossasi elektr dvigatelini^[106] harakatga keltiradigan magnit maydonini hosil qiladi. Ixtiyoriy harakatlanuvchi zaryadli zarrachaning elektromagnit maydoni Lienar–Vixert potensiallari bilan ifodalanadi. Ular zarracha tezligi yorug‘lik tezligiga yaqin bo‘lganida ham amal qiladi (relyativistik holatda)^{[105]: 429—434}.

Elektron fazoda magnit maydon orqali harakatlanganda, unga magnit maydon va tezlik vektorlari hosil qilgan tekislikka perpendikulyar yo‘nalgan Lorens kuchi taʼsir qiladi. Ushbu markazga intilma kuch elektronni vintsimon trayektoriya bo‘ylab harakatlantiradi. Uning radiusi Larmor radiusi deb ataladi. Egri chiziqli harakatdagi tezlanish elektronning sinxrotron nurlanishi ko‘rinishida energiya chiqarishiga sabab bo‘ladi^{[107][e][94]: 160}. Energiya chiqarilishi o‘z navbatida elektronning Abraham–Lorens–Dirak kuchi deb ataladigan tepki kuchini hosil qiladi. Bu kuch elektron harakatini sekinlashtiruvchi ishqalanish kabi taʼsir ko‘rsatadi va uning o‘z maydoni taʼsiridan kelib chiqadi^[108].

Fotonlar kvant elektrodinamikasida zarrachalar o‘rtasidagi elektromagnit taʼsirni tashuvchilardir. Doimiy tezlikda harakatlanuvchi yakka elektron haqiqiy fotonni chiqara yoki yuta olmaydi, chunki bu energiya va impulsning saqlanish qonunlarini buzgan bo‘lardi. Aksincha, virtual fotonlar ikkita zaryadli zarracha o‘rtasida impuls uzatishi mumkin. Virtual fotonlarning shu almashinuvi Kulon kuchini hosil qiladi^[109]. Harakatlanayotgan elektron proton kabi zaryadlangan zarracha taʼsirida yo‘nalishini o‘zgartirganda energiya chiqarilishi mumkin. Elektronning tezlanishi tormozlovchinurlanish^[110].

Foton (yorug‘lik) bilan yakka erkin elektronning noelastik to‘qnashuvi Kompton sochilishi deb ataladi. Bunda zarrachalar o‘rtasida impuls va energiya almashinuvi sodir bo‘ladi va foton to‘lqin uzunligi Kompton siljishi deb ataladigan miqdorga o‘zgaradi. Bu o‘zgarishning eng katta qiymati h/m_e c bo‘lib, u Kompton to‘lqin uzunligi^[111] deb ataladi. Elektron uchun bu qiymat 2,43⋅10⁻¹²  m ga teng^[71]. Yorug‘likning to‘lqin uzunligi katta bo‘lsa (masalan, ko‘rinadigan yorug‘likning to‘lqin uzunligi 0,4–0,7 mkm bo‘lsa), to‘lqin uzunligi siljishi ahamiyatsiz bo‘lib qoladi. Yorug‘lik va erkin elektronlarning bunday o‘zaro taʼsiri Tomson sochilishi yoki chiziqli Tomson sochilishi deb ataladi^[112].

Elektron va proton kabi ikki zaryadli zarracha o‘rtasidagi elektromagnit taʼsirning nisbiy kuchi nozik tuzilish doimiysi bilan belgilanadi. Bu o‘lchamsiz kattalik Kompton to‘lqin uzunligiga teng masofadagi elektrostatik tortishish (yoki itarilish) energiyasining zaryadning tinchlik energiyasiga nisbati orqali hosil qilinadi. U α ≈ 7,297353⋅10⁻³, bu taxminan 1/137^[71].

Elektronlar va pozitronlar to‘qnashganda ular annigilyatsiyalanadi va umumiy energiyasi 1,022 MeV bo‘lgan ikki yoki undan ortiq gamma-fotonni hosil qiladi. Elektron va pozitronning impulsi kichik bo‘lsa, annigilyatsiyadan oldin pozitroniy atomi hosil bo‘lishi mumkin^[113][114]. Boshqa tomondan, yuqori energiyali foton elektron va pozitron juftligiga aylanishi mumkin. Bu juft hosil bo‘lish jarayoni faqat yaqin atrofda atom yadrosi kabi zaryadli zarracha mavjud bo‘lganda yuz beradi^[115][116].

Nazariyada elektrokuchsiz o‘zaro taʼsir ning elektron to‘lqin funksiyasining chap tarkibiy qismi kuchsiz izospinli dubletni elektron neytrinosi bilan hosil qiladi. Bu kuchsiz o‘zaro taʼsirlarda elektron neytrinolari elektron kabi harakatlanishini anglatadi. Dubletdagi istalgan zarracha zaryadlangan tok bilan o‘zaro taʼsirlashishi, W-bozonni chiqarish yoki yutish orqali boshqa zarrachaga aylanishi mumkin. Bunda zaryad saqlanadi, chunki W-bozonning o‘zi ham zaryad tashiydi va aylanishdagi umumiy zaryad o‘zgarishini qoplaydi. Zaryadlangan toklarning o‘zaro taʼsiri beta-yemirilishga radioaktiv atomda sabab bo‘ladi. Elektron ham, elektron neytrinosi ham neytral tok orqaliZ0
almashinuviga kirishishi mumkin. Bu jarayon elastik sochilish — neytrino va elektronlar sochilishi uchun javobgardir^[117].

Elektron atom yadrosiga bog‘langan bo‘lishi mumkin; bu Kulon tortishish kuchi hisobiga yuz beradi. Yadroga bog‘langan bir yoki bir necha elektrondan tashkil topgan tizim atom deyiladi. Elektronlar soni yadroning elektr zaryadiga mos kelmasa, bunday atom ion deb ataladi. Bog‘langan elektronning to‘lqin xossalari atom orbitali deb ataluvchi funksiya bilan tavsiflanadi. Har bir orbitalning energiya, impuls momenti va uning tanlangan o‘qqa proyeksiyasi kabi o‘z kvant sonlari mavjud. Yadro atrofida diskret kvant sonlariga mos keluvchi faqat muayyan orbitalar bo‘ladi. Pauli taqiqlash prinsipiga ko‘ra, har bir orbitalda spin kvant soni bilan farqlanuvchi ikkita elektron joylashishi mumkin^[118].

Elektronlar energiyasi potensiallar farqiga mos fotonlarni chiqarish yoki yutish orqali orbitalar o‘rtasida o‘tadi^{[119]:159–160}. Orbital almashishning boshqa yo‘llari elektron kabi zarrachalar bilan to‘qnashish va Oje effekti^[120]dir. Atom yadrosidan ajralish uchun elektron energiyasi uning atom bilan bog‘lanish energiyasidan katta bo‘lishi kerak. Masalan, fotoelektr effektida tushayotgan foton energiyasi atomning ionlanish energiyasidan oshsa, uni elektron yutadi^{[119]:127–132}.

Elektronlarning orbital impuls momenti kvantlanadi. Elektron zaryadga ega bo‘lgani uchun uning harakati impuls momentiga mutanosib orbital magnit momentni ham hosil qiladi. Atomning umumiy magnit momenti barcha elektronlar va yadroning orbital hamda spin magnit momentlarining vektor yig‘indisiga teng. Yadroning magnit momenti elektronnikiga nisbatan juda kichik. Bir orbitaldagi juftlashgan elektronlarning magnit momentlari bir-birini qoplaydi^[121].

Kimyoviy bog‘lanish atomlar o‘rtasida kvant mexanikasi qonunlari bilan tavsiflanadigan elektromagnit taʼsirlar tufayli yuzaga keladi^[122]. Eng mustahkam bog‘lanishlar atomlar o‘rtasida elektronlar almashinuvi yoki uzatilishi natijasida hosil bo‘lib, molekulalar^[10] yuzaga kelishiga imkon beradi. Molekula ichidagi elektronlar bir necha yadro taʼsirida harakatlanadi va molekulyar orbitallarni egallaydi; ular qisman alohida atomlardagi atom orbitallarida ham joylashishi mumkin^[123]. Molekulyar tuzilmalar mavjudligini belgilaydigan asosiy omil elektron juftlari bo‘lib, ulardagi elektronlar qarama-qarshi yo‘nalgan spinga ega va Pauli taqiqlash prinsipini buzmagan holda bir molekulyar orbitalni egallaydi (atomlardagidek). Molekulyar orbitallarda elektron zichligining fazoviy taqsimoti har xil. Masalan, bog‘lovchi juftlarda elektronlar yadrolar orasidagi nisbatan kichik hajmda bo‘lishi ehtimoli katta. Bog‘lanmagan juftlarda esa elektronlar yadrolar atrofidagi katta hajmda tarqaladi^[124].

Jismdagi elektronlar soni yadrolarning musbat zaryadini muvozanatlash uchun kerakligidan ko‘p yoki kam bo‘lsa, jism umumiy elektr zaryadiga ega bo‘ladi. Elektronlar ortiqcha bo‘lsa, jism manfiy zaryadlangan, protonlarga nisbatan kam bo‘lsa, musbat zaryadlangan deyiladi. Elektronlar va protonlar soni teng bo‘lsa, ularning zaryadlari bir-birini qoplaydi va jism elektr jihatdan neytral bo‘ladi. Katta jism ishqalanishda triboelektr effekt hisobiga elektr zaryadi olishi mumkin^[128].

hisobiga elektr zaryadi olishi mumkin. O‘zaro yoki yadrolar bilan Kulon taʼsiriga kirishmaydigan elektronlar erkin elektronlar deyiladi. Metallardagi elektronlar ham erkindek harakat qiladi. Aslida metall va boshqa qattiq jismlardagi «elektronlar» kvazielektronlar — kvazizarrachalardir. Ular haqiqiy elektronlar kabi bir xil elektr zaryadi, spin va magnit momentga ega, ammo ularning ko‘rinma yoki effektiv massasi boshqacha bo‘lishi mumkin^[129]. Erkin elektronlar vakuumda ham, metallarda ham harakatlanganda zaryadning umumiy oqimini hosil qiladi. U elektr toki deb ataladi va magnit maydon hosil qiladi. Xuddi shu kabi o‘zgaruvchi magnit maydon ham tok hosil qilishi mumkin. Bu o‘zaro taʼsirlar Maksvell tenglamalari bilan matematik ifodalanadi^[130].

Har bir material muayyan haroratda elektr o‘tkazuvchanligiga ega. Bu elektr kuchlanishi taʼsirida oqadigan tokning kattaligini belgilaydi. Yaxshi o‘tkazgichlarga mis va oltin, yomon o‘tkazgichlarga shisha va teflon misol bo‘ladi. Har qanday dielektrik materialda elektronlar atomlari bilan bog‘lanib qoladi va material izolyator sifatida harakat qiladi. Ko‘pchilik yarimo‘tkazgichlarning o‘tkazuvchanligi o‘zgaruvchan bo‘lib, o‘tkazgich va izolyator xossalari orasida joylashadi^[131]. Boshqa tomondan, metallar qisman to‘lgan elektron zonalarini o‘z ichiga oluvchi elektron zonalar tuzilmasiga ega. Shunday zonalar metall elektronlariga erkin yoki delokallashgan elektronlar. Bu elektronlar muayyan atomlarga bog‘lanmagan, shu bois elektr maydoni taʼsirida gazga o‘xshab ( Fermi gazi)^[132] material bo‘ylab erkin ko‘cha oladi^[132].

Elektronlar va kristall panjaradagi nuqsonlar to‘qnashgani sababli dreyf tezligi o‘tkazgichda soniyasiga millimetrlar tartibida bo‘ladi. Ammo materialning bir nuqtasida tok o‘zgarishi boshqa qismlarda tok o‘zgarishiga sabab bo‘ladigan tarqalish tezligi odatda yorug‘lik tezligining 75% iga yaqin bo‘ladi^[133]. Chunki elektr signallari materialning dielektrik singdiruvchanligiga bog‘liq tezlikdagi to‘lqin shaklida tarqaladi^[134].

Metallar issiqlikni yaxshi o‘tkazadi, chunki delokallashgan elektronlar issiqlik energiyasini atomlar o‘rtasida erkin tashiy oladi. Biroq elektr o‘tkazuvchanlikdan farqli ravishda metallning issiqlik o‘tkazuvchanligi haroratga deyarli bog‘liq emas. Bu Videman–Frans qonuni^[132] bilan matematik ifodalanadi. Unga ko‘ra issiqlik o‘tkazuvchanligining elektr o‘tkazuvchanligiga nisbati haroratga mutanosib. Metall panjarasidagi issiqlik tartibsizligi materialning elektr qarshiligini oshiradi va berilgan kuchlanishda tokning haroratga bog‘liqligini yuzaga keltiradi^[135].

Materiallar kritik harorat deb ataluvchi darajadan pastga sovitilganda fazaviy o‘tishga uchrab, elektr tokiga qarshiligini butunlay yo‘qotishi mumkin. Bu hodisa o‘ta o‘tkazuvchanlik deb ataladi. BKSh nazariyasida Kuper juftlari deb atalgan elektron juftlari o‘z harakatini atrofdagi modda bilan kristall panjaraning fononlar deb ataluvchi tebranishlari orqali bog‘laydi. Shu tufayli ular odatda elektr qarshiligini keltirib chiqaradigan nuqsonlar bilan to‘qnashmaydi^[136]. Kuper juftlarining radiusi taxminan 100 nm va ular bir-birining ustiga tushishi mumkin^[137]. Ammo yuqori haroratli o‘ta o‘tkazgichlarning ishlash mexanizmi hamon nomaʼlum^[138][139].

O‘zi kvazizarracha bo‘lgan, o‘tkazuvchan qattiq jismlardagi elektronlar harorati mutlaq nolga yaqinlashib, qatʼiy chegaralanganda, uchta boshqa kvazizarrachaga: orbitonlar, spinonlar va holonlar^[140]ga ajralgandek harakat qiladi. Birinchisi spin va magnit momentni, keyingisi orbital holatni, oxirgisi esa elektr zaryadini tashiydi^[141].

maxsus nisbiylik nazariyasiga ko‘ra, elektron tezligi yorug‘lik tezligiga yaqinlashganda kuzatuvchiga nisbatan uning relyativistik massasi ortadi, shu sababli kuzatuvchining sanoq tizimida uni yanada tezlatish qiyinlashadi. Elektron tezligi vakuumdagi yorug‘lik tezligi c ga yaqinlashishi mumkin, ammo hech qachon unga yetmaydi. Tezligi c,ga yaqin elektronlar suv kabi dielektrik muhitga kirganda, unda yorug‘likning mahalliy fazaviy tezligi c dan past bo‘lsa, Cherenkov nurlanishi deb ataluvchi zaif yorug‘likni hosil qiladi^[142].

Elektronning kinetik energiyasi K_e uning tinchlik massasiga nisbatan quyidagiga teng:

bunda m_e — elektron massasi; — Lorens koeffitsiyenti deb ataladigan va zarracha tezligiga bog‘liq miqdor v.

Masalan, Stenford chiziqli tezlatkichi elektronni tezlatib taxminan 51 GeV ga yetkaza oladi^[143]. Elektron to‘lqin kabi harakatlangani sababli berilgan tezlik uchun uning o‘ziga xos de Broyl to‘lqin uzunligi mavjud. U quyidagi formula bilan aniqlanadi: λ _e = h/p,bunda h — Plank doimiysi, p — zarracha impulsi^[51]. Elektron energiyasi 51 GeV bo‘lganda to‘lqin uzunligi taxminan 2,4⋅10⁻¹⁷ m bo‘ladi; bu atom yadrosidan ancha kichik tuzilmalarni tekshirish uchun yetarli darajada kichik^[144].

Elektron dastalari payvandlashda^[175] qo‘llanadi. Ular fokusdagi energiya zichligini 10⁷ Vt·sm⁻² gacha yetkazishi mumkin. Fokus diametri 0.1—1.3 mm bo‘lib, odatda qo‘shimcha payvandlash materiali^[ing.] talab qilinmaydi. Payvandlash vakuumda bajarilishi kerak, chunki elektronlar material yuzasiga yetguniga qadar qoldiq gazlar bilan o‘zaro taʼsirlashmasligi lozim. Bu usuldan boshqa yo‘l bilan payvandlashga yaroqsiz deb hisoblanadigan elektr o‘tkazuvchi materiallarni birlashtirishda foydalanish mumkin.^[176][177].

Elektron-nur litografiyasi (ENL) elektron rezistda submikron aniqlikdagi niqoblar hosil qilish uchun qo‘llanadigan litografiya usulidir^[178]. Usulning cheklovlariga yuqori narx, unumdorlikning pastligi, elektron dastasi bilan yuqori vakuumda ishlash zarurati va qattiq jismlarda elektronlarning sochilishi kiradi. Oxirgi muammo aniqlikni taxminan 10 nm bilan cheklaydi. Shu sababli ENL asosan maxsus integral sxemalarni oz miqdorda ishlab chiqarish va ilmiy tadqiqotlarda qo‘llanadi^[179].

Elektron-nur bilan ishlov berish materiallarning fizik xossalarini o‘zgartirish yoki tibbiy va oziq-ovqat mahsulotlarini sterillash uchun nurlantirishda ishlatiladi^[180]. Elektron dastalar kuchli nurlantirishda haroratni sezilarli oshirmasdan oynani suyuqlantiradi yoki kvazieritadi: masalan, kuchli elektron nurlanishi qovushqoqlikni bir necha daraja kamaytiradi va uning faollanish energiyasini pog‘onama-pog‘ona pasaytiradi^[181]. Elektron-nurli qizdirish nurlantiriladigan materialning kichik sohasida nisbatan past tok bilan yuqori energiya konsentratsiyasini hosil qiladi, bu sirtida fizik-kimyoviy reaksiyalarga sabab bo‘lishi mumkin. Ayrim sharoitlarda materialni eritib, undan o‘tuvchi teshiklarni hosil qilish mumkin^[182]. Bu qalinligi bir necha santimetrgacha bo‘lgan material varaqlarini kesishga imkon beradi^[183]. Ayniqsa toza materiallar olish uchun elektron-nurli eritish usulidan foydalaniladi. Yetarlicha yuqori haroratda elektron dastasi material yuzasini qizdirib, uning tez bug‘lanishiga olib keladi. Ushbu prinsip yupqa plyonka texnologiyalarida zarracha dastalarini hosil qilish va keyin taglikka qoplama sifatida cho‘ktirishda qo‘llanadi^[184][185].

Siklik tezlatkichlarga siklotron^[186], betatron^[187], va sinxrotron kiradi^[188]. Chiziqli zarracha tezlatkichlari yuzaki o‘smalarni davolash uchun elektron dastalar hosil qiladi; ular nur terapiyasida qo‘llanadi. Elektron terapiyasi^[ing.] terining, masalan, bazal hujayrali karsinoma kabi teri shikastlanishlarini bartaraf qilishi mumkin, chunki elektron dastasi to‘liq yutilgunicha cheklangan chuqurlikka, odatda 5 sm gacha kiradi. Bu elektronlarning energiyasi 5—20 MeV oralig‘ida bo‘ladi. Elektron dastalarini avval boshqa nurlanish taʼsiriga uchragan joylarni, jumladan rentgen nurlari bilan nurlantirilgan sohalarni davolash uchun ham ishlatish mumkin^[189][190].

Zarracha tezlatkichlari elektronlar va ularning antizarrachalarini yuqori energiyagacha tezlatish uchun elektr maydonlaridan foydalanadi. Bu zarrachalar magnit maydonlarda harakatlanganda sinxrotron nurlanishi chiqaradi. Nurlanish intensivligining spinga bog‘liqligi elektron dastasini qutblantiradi; bu jarayon Sokolov–Ternov effekti^[f] deb ataladi. Qutblangan elektron dastalari turli tajribalarda foydali bo‘lishi mumkin. Sinxrotron nurlanishi elektron dastalarini sovitishi va ularning impuls bo‘yicha tarqalishini kamaytirishi ham mumkin. Elektron va pozitron dastalari zarrachalar zarur energiyagacha tezlatilganda to‘qnashadi; zarracha detektorlari hosil bo‘lgan nurlanishni qayd etadi. Bu natijalarni o‘rganish elementar zarrachalar fizikasi sohasiga kiradi^[192].

Sekin elektronlar difraksiyasi (SED) — kristall materialni kollimatsiyalangan elektronlar dastasi bilan tadqiq qilish usuli. Material tuzilishini aniqlash uchun difraksion manzaralar kuzatiladi. Elektron energiyasi odatda 20—200 eV oralig‘ida^[193]. Qaytgan tez elektronlar difraksiyasi (QTED) kristall materiallar yuzasini tavsiflash uchun kichik burchaklarda namuna sirtiga tushgan elektron dastasining qaytishidan foydalanadi. Dasta energiyasi odatda 8—20 keV, tushish burchagi esa 1—4° bo‘ladi^[194][195].

Elektron mikroskop namunaga fokuslangan elektron dastasini yo‘naltiradi. Dasta material bilan o‘zaro taʼsirlashganda ayrim elektronlarning yo‘nalishi, burchagi, nisbiy fazasi va energiyasi kabi xossalari o‘zgaradi. Mikroskop detektorlari bu o‘zgarishlarni qayd etib, atom darajasidagi aniqlikda tasvir hosil qiladi^[196]. Ko‘k yorug‘likda oddiy optik mikroskoplar difraksiya bilan cheklangan taxminan 200 nm aniqlikka ega^[197]. Elektron mikroskoplarda esa nazariy aniqlik chegarasi elektronning de Broyl to‘lqin uzunligi elektron uchun bu chegara bo‘lib xizmat qiladi. Masalan, elektronlar maʼlum potensialda tezlatilganda bu to‘lqin uzunligi 0,0037 nm ga teng bo‘ladi. Potensial: 100 000 V^[198]. Aberratsiyasi tuzatilgan o‘tkazuvchi elektron mikroskop^[ing.] 0,05 nm dan kichik masofalarni o‘lchashi mumkin, bu alohida atomlarni ajratish uchun yetarli^[199]. Bu elektron mikroskopni yuqori aniqlikdagi tasvir olishga xizmat qiladigan muhim laboratoriya asbobiga aylantiradi. Biroq elektron mikroskoplar qimmat va ularga texnik xizmat ko‘rsatish katta xarajat talab qiladi^[200].

Rentgenografiyada qizdirilgan katod elektronlar chiqaradigan rentgen trubkalari ishlatiladi. Elektronlar katod va anod orasidagi vakuumda katta potensiallar farqi hisobiga tezlashadi. Tezlashgan elektron dastasi musbat zaryadli anodga urilganda keskin tormozlanadi va rentgen diapazonidagi tormozlovchi nurlanish hosil bo‘ladi. Tormozlanish jarayonida elektron kinetik energiyasining taxminan 1% qismi rentgen nurlanishiga, 99% qismi esa issiqlikka aylanadi^[201].

Elektron mikroskoplarning ikkita asosiy turi mavjud: o‘tkazuvchi va skanerlovchi. O‘tkazuvchi elektron mikroskoplar diaproyektorlar kabi ishlaydi: elektron dastasi material kesimidan o‘tib, keyin linzalar yordamida predmet oynasi yoki zaryad bog‘lanishli qurilmaga proyeksiyalanadi. Skanerlovchi elektron mikroskoplar namuna sirtini rastr bo‘ylab skanerlaydi: ular tasvir hosil qilish uchun televizor elektron-nur trubkasidagi kabi ingichka fokuslangan elektron dastasini namuna yuzasi bo‘ylab yurgizadi. Ikkala turdagi mikroskoplarda kattalashtirish 100× dan 1 000 000× gacha yoki undan yuqori bo‘ladi. Skanerlovchi tunnel mikroskopi o‘tkir metall igna va tekshirilayotgan material atomlari orasidagi kvant tunnellanishidan foydalanib, yuzaning atom aniqligidagi tasvirini yaratadi^{[202][203][204]}.

Erkin elektronli lazerda (EEL) relyativistik elektronlar dastasi bir juft ondulyatordan o‘tadi. Ular qarama-qarshi yo‘nalgan maydonli dipol magnitlar qatorlaridan iborat. Elektronlar sinxrotron nurlanishini chiqaradi. Bu nurlanish kogerent ravishda shu elektronlar bilan o‘zaro taʼsirlashib, rezonans chastotadagi nurlanish maydonini kuchli oshiradi. EEL yuqori yorqinlikda va mikroto‘lqinlardan yumshoq rentgen nurlanishigacha bo‘lgan keng chastota diapazonida kogerent elektromagnit nurlanish dastasini chiqarishi mumkin. Bunday qurilmalar ishlab chiqarish, aloqa hamda yumshoq to‘qimalar jarrohligi kabi tibbiy maqsadlarda qo‘llanadi^[205].

Elektronlar elektron-nur trubkalarida muhim rol o‘ynaydi. Ular laboratoriya asboblari, kompyuter monitorlari va televizorlarda^[206] tasvir ko‘rsatish uchun keng ishlatilgan. Fotoelektron ko‘paytirgichda fotokatodga tushgan har bir foton qayd etiladigan tok impulsini hosil qiladigan elektronlar lavinasini boshlab beradi^[207]. Vakuum lampalari elektr signallarini boshqarishda elektron oqimidan foydalanadi va elektronika texnologiyalari rivojida hal qiluvchi rol o‘ynagan. Ammo keyinchalik ularning o‘rnini asosan qattiq jismli qurilmalar, masalan tranzistorlar egalladi^[208].