전자 문서 원본 보기

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| theorized = [[리처드 래밍]] (1838–1851),<ref name="farrar"/><br/>조지 존스턴 스토니(1874)<ref name="arabatzis"/><ref name="buchwald1"/>
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| caption = 수소의 여러 가지 [[원자 오비탈]]. 색이 진할수록 전자가 발견될 확률이 높다.
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| mean_lifetime = 안정함 ( > {{val|6.6|e=28|u=yr}}<ref name=bx2015>{{저널 인용
 | last1= Agostini |first1=M. |display-authors=etal |collaboration=[[Borexino]] Collaboration
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 | title = Test of Electric Charge Conservation with Borexino
 | journal = [[Physical Review Letters]]
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 | doi = 10.1103/PhysRevLett.115.231802
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{{다른 뜻}}
[[파일:에너지를 잃은 전자.png|섬네일|에너지를 잃은 전자]]
'''전자'''(電子, {{llang|en|electron}}, {{SubatomicParticle|Electron}}, {{SubatomicParticle|beta-}})는 음(-)의 [[기본 전하]]를 띠는 [[아원자 입자]]이다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.universetoday.com/73323/what-is-an-electron/|title=What Is An Electron|last=Coff|first=Jerry|date=2010-09-10|accessdate=10 September 2010|df=dmy-all}}</ref> 1[[세대 (물리학)|세대]] [[렙톤]]이고,<ref name="curtis74">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=KmwCsuvxClAC&pg=PA74|title=Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach|last=Curtis|first=L.J.|year=2003|publisher=Cambridge University Press|page=74|isbn=978-0-521-53635-6}}</ref> 하위 구조나 하부 입자가 알려진 바가 없기 때문에 기본 입자로 여겨진다.<ref name="prl50">{{저널 인용|title=New Tests for Quark and Lepton Substructure|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Eichten|first1=E.J.|last2=Peskin|first2=M.E.|year=1983|volume=50|issue=11|pages=811–814|bibcode=1983PhRvL..50..811E|doi=10.1103/PhysRevLett.50.811|osti=1446807|last3=Peskin|first3=M.}}</ref> [[양성자]]보다 1836배 작은 [[질량]]을 가지고 있다.<ref name="nist_codata_mu">{{웹 인용|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mpsme|title=CODATA value: proton-electron mass ratio|work=2006 CODATA recommended values|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|access-date=2009-07-18|df=dmy-all}}</ref> [[양자역학]]적 속성으로 [[스핀 (물리학)|스핀]]이라 불리는 1/2만큼의 고유[[각운동량]]을 가진다. 동일한 [[양자 상태]]를 가지는 입자가 존재할 수 없다는 [[파울리 배타 원리]]를 따르는 [[페르미온]]이다.<ref name="curtis74" /> 다른 기본입자들과 마찬가지로 [[파동-입자 이중성]]을 가진다.

[[전기]], [[자기]], [[화학]], [[열전도]] 등의 주요한 물리적 현상에 참여하며, [[중력]], [[전자기력]], [[약한 상호작용|약한]] [[기본 상호작용|상호작용]]의 영향을 받는다. 전하를 띄기 때문에 [[전기장]]을 형성하며, 관찰자와 상대적으로 움직이고 있을 경우 [[자기장]]이 관찰된다. 전기장과 자기장은 [[로런츠 힘|로런츠 법칙]]에 의해 상호 유도된다. 전자는 가속할 때 [[광자]]의 형태로 에너지를 방출하거나 흡수한다. 전자 [[플라즈마]]를 통해 개개의 전자를 포착할 수 있으며, 특수한 [[망원경]]은 [[우주 공간]]에서 날라오는 전자 플라즈마를 탐지할 수 있다. [[전자공학]], [[브라운관]], [[방사선 치료]], [[레이저]], [[입자 가속기]] 등 다양한 범위에서 응용된다.

전자와 다른 아원자 입자와의 상호작용은 [[화학]]이나 [[핵물리학]]의 영역이다. [[원자핵]] 내부의 [[양성자]]와 전자들은 [[정전기학|정전기적]] 상호작용을 통해 [[원자]]를 구성한다. 두 개 이상의 원자는 전자를 공유함으로써 [[화학 결합]]을 형성할 수 있다.<ref name="Pauling">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/natureofchemical0000paul_3ed/page/4|title=The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry|last=Pauling|first=L.C.|year=1960|edition=3rd|publisher=Cornell University Press|pages=4–10|isbn=978-0-8014-0333-0|url-access=registration}}</ref> 1838년 영국의 자연철학자인 [[리처드 래밍]]이 처음으로 원자의 [[화학적 성질]]을 설명하기 위해 전자라는 개념을 도입했고,<ref name="arabatzis">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70|title=Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities|last=Arabatzis|first=T.|year=2006|publisher=University of Chicago Press|pages=70–74, 96|isbn=978-0-226-02421-9}}</ref> 아일랜드의 물리학자 [[조지 존스턴 스토니]]가 처음으로 [[베타 입자]]에 전자라는 이름을 붙인다. 전자는 [[방사성 동위 원소]]의 [[베타 붕괴]]나 고에너지 충돌 등으로 인해 자연적으로 발생한다. 전자의 [[반입자]]는 [[양전자]]라고 하며, 전하가 '''+1e'''인 것만 제외하면 모든 성질이 전자와 동일하다. [[전자-양전자 쌍소멸|전자와 양전자가 충돌]]하는 경우 두 입자는 [[감마선]]을 만들어내며 소멸한다.

== 역사 ==
=== 전기력의 발견 ===
[[탈레스]]는 [[호박석]]에 털을 문지르면 작은 물체가 달라붙는 현상인 [[정전기]]를 발견한다. 이후 시간이 많이 흘러서, [[벤저민 프랭클린]]에 의하여 [[번개]]가 [[전기]]라는 사실이 알려진다. 1600년에는 [[윌리엄 길버트]]가 《자석에 관하여(<sub>{{Lang|la|De Magnete}}</sub>)》라는 책에서 보석의 일종인 [[호박석]]과 같은 물체에서 이를 털로 문지른 다음에 다른 작은 물체들을 끌어당기는 성질을 서술하며 ''electrica''라는 용어를 제시한다.<ref name="Benjamin">{{인용|last=Benjamin|first=Park|title=A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin|place=New York|publisher=J. Wiley|year=1898|pages=315, 484–5|url=https://archive.org/details/cu31924004128686/page/n10|isbn=978-1313106054}}</ref> 이는 호박석을 의미하는 그리스어 {{lang|grc|ἤλεκτρον}}(엘렉트론)에서 유래한 라틴어 ''{{lang|la|ēlectrum}}''에서 따온 것이며, 전기를 의미하는 영단어 electric과 electricity이 모두 여기서 유래한다.

=== 두 종류의 전하를 발견하다 ===
1700년대 초, [[샤를 프랑수아 드 시스테르네 뒤페|샤를 프랑수아 뒤페]]는 [[대전 (전기)|대전]]된 금박이 비단으로 문지른 유리를 가져다 댔을 때에는 밀려나고, [[양털]]로 문지른 호박석을 가져다 댔을 때에는 끌려온다는 사실을 발견한다. 이러한 종류의 실험을 반복한 이후 뒤페는 두 종류의 전기가 존재한다는 사실을 발견하고는 각각 '''유리전기'''(vitreous)와 '''수지전기'''(resinous)라는 용어를 붙인다.<ref name="Benjamin2">{{인용|last=Benjamin|first=Park|title=A history of electricity (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin|place=New York|publisher=J. Wiley|year=1898|pages=315, 484–5|url=https://archive.org/details/cu31924004128686/page/n10|isbn=978-1313106054}}</ref><ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=uwgNAtqSHuQC&pg=PR7|title=The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 B.C. to the 1940s|last=Keithley|first=J.F.|year=1999|publisher=[[IEEE|IEEE Press]]|pages=19–20|isbn=978-0-7803-1193-0}}</ref> 미국의 과학자 [[에베니저 키너슬리]] 역시 이후 독립적인 연구를 통해 뒤페와 동일한 결론을 얻는다.<ref name="Cajori1917">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/historyofphysics00cajo|title=A History of Physics in Its Elementary Branches: Including the Evolution of Physical Laboratories|last=Cajori|first=Florian|year=1917|publisher=Macmillan}}</ref>{{rp|page=118}} 이로부터 대략 10년이 지나고 [[벤저민 프랭클린]]은 두 종류의 전기가 있는게 아니라, 한 가지 종류의 전기가 많고(+) 적음(−)에 따라 이런 현상이 나타나는 것이라고 설명한다. 전기를 음과 양으로 구분하는 방식은 프랭클린이 고안한 이후 현대까지도 사용되고 있다.<ref>{{웹 인용|url=http://scienceworld.wolfram.com/biography/FranklinBenjamin.html|title=Benjamin Franklin (1706–1790)|work=[[ScienceWorld|Eric Weisstein's World of Biography]]|publisher=[[Wolfram Research]]|accessdate=2010-12-16|df=dmy-all}}</ref> 또한 프랭클린은 이 한 종류의 전기가 양전하의 이동으로 발생한다고 생각했다. 하지만 이는 실험적 결과에 근거한 것은 아니었다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/basicsofphysics0000myer/page/242|title=The Basics of Physics|last1=Myers|first1=R.L.|year=2006|publisher=[[Greenwood Publishing Group]]|page=242|isbn=978-0-313-32857-2|url-access=registration}}</ref>

1838년에서 1851년 사이, 영국의 자연철학자 [[리처드 래밍]]은 [[전하]]의 기본단위로 둘러쌓인 형태의 원자 개념을 제시한다.<ref name="farrar">{{저널 인용|title=Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter|journal=[[Annals of Science]]|last=Farrar|first=W.V.|year=1969|volume=25|issue=3|pages=243–254|doi=10.1080/00033796900200141}}</ref> 1846년 초에 [[빌헬름 에두아르트 베버]]는 전기가 양으로 대전된 흐름과 음으로 대전된 흐름으로 인해 발생한다고 보았으며, 이들의 상호작용이 [[역제곱 법칙]]을 따를 것으로 추측했다. 1874년에 [[전기 분해]]에 대한 연구가 진행되자 [[아일랜드]]의 물리학자인 [[조지 존스턴 스토니]]는 전하의 기본단위가 존재하고, 그 [[기본 전하]]는 1의 [[원자가]]를 가지는 [[이온]]의 전하와 동일하다는 가설을 세웠다. 스토니는 이 값을 [[패러데이의 전기분해 법칙]]에 의해 e라고 제안했다.<ref>{{저널 인용|title=Natural Units Before Planck|url=https://archive.org/details/sim_astronomy-geophysics_1983-03_24_1/page/24|journal=[[Astronomy & Geophysics|Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society]]|last=Barrow|first=J.D.|year=1983|volume=24|pages=24–26|bibcode=1983QJRAS..24...24B}}</ref> 스토니가 밝혀낸 사실들은 대부분 현대에도 그 사실성이 입증되었지만, 원자에 전자가 영구히 부착되어 분리할 수 없다고 주장하는 실수를 저지른다. 1881년 독일의 물리학자 [[헤르만 폰 헬름홀츠]]는 양전하와 음전하가 모두 원자처럼 행동하는 기본 단위로 나뉠 수 있을 것이라고 주장했다.<ref name="arabatzis2">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70|title=Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities|last=Arabatzis|first=T.|year=2006|publisher=University of Chicago Press|pages=70–74, 96|isbn=978-0-226-02421-9}}</ref>

스토니는 1881년에 전기의 기본 단위에 electrolion이라는 단어를 사용하고, 1894년에는 <u>electr</u>ic과 i<u>on</u>의 합성어로 electron이라는 단어를 처음으로 사용한다.<ref>"electron, n.2". OED Online. March 2013. Oxford University Press. Accessed 12 April 2013 [http://www.oed.com/view/Entry/60302?rskey=owKYbt&result=2]</ref> 1906년에 [[헨드릭 로런츠]]는 electrion이라는 용어를 도입하려고 시도했으나 실패하고, electron이라는 단어가 계속 사용된다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=VHFyngmO95YC&pg=PR11|title=History of Electron Tubes|last=Okamura|first=Sōgo|year=1994|publisher=IOS Press|page=11|isbn=978-90-5199-145-1|accessdate=29 May 2015|quote=In 1881, Stoney named this electromagnetic 'electrolion'. It came to be called 'electron' from 1891. [...] In 1906, the suggestion to call cathode ray particles 'electrions' was brought up but through the opinion of Lorentz of Holland 'electrons' came to be widely used.}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Of the "Electron," or Atom of Electricity|journal=[[Philosophical Magazine]]|last=Stoney|first=G.J.|url=https://zenodo.org/record/1431209|year=1894|volume=38|issue=5|pages=418–420|doi=10.1080/14786449408620653}}</ref> 이후로 [[접미사]] -on은 양성자(proton), 중성자(neutron), [[페르미온]], [[보손]] 등 아원자 입자를 나타내는 단어로 꾸준히 사용되고 있다.<ref>{{서적 인용|title=Word Mysteries & Histories|year=1986|editor-last=Soukhanov|editor-first=A.H.|publisher=Houghton Mifflin|page=73|isbn=978-0-395-40265-8}}</ref><ref>{{서적 인용|title=Webster's New World Dictionary|year=1970|editor-last=Guralnik|editor-first=D.B.|publisher=Prentice Hall|page=450|isbn=}}</ref>

=== 음극선 연구와 자유전자의 발견 ===
[[파일:Cyclotron_motion_wider_view.jpg|대체글=A round glass vacuum tube with a glowing circular beam inside|오른쪽|섬네일|전자빔이 자기장에 의해 원형으로 휘어있다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=NmM-KujxMtoC&pg=PA26|title=Atomic Physics|last1=Born|first1=M.|last2=Blin-Stoyle|first2=R.J.|year=1989|publisher=[[Courier Dover]]|page=26|isbn=978-0-486-65984-8|last3=Radcliffe|first3=J.M.}}</ref>]]
톰슨이 원자의 구성성분이자 입자로써의 전자를 발견한 데에는 수십년간 수많은 물리학자들이 [[음극선]]을 가지고 연구한 공로가 담겨있다.<ref name="arabatzis3">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70|title=Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities|last=Arabatzis|first=T.|year=2006|publisher=University of Chicago Press|pages=70–74, 96|isbn=978-0-226-02421-9}}</ref> 1859년, [[율리우스 플뤼커]]는 [[음극선관]]에서 [[인광]]을 발견하고, 이 빛이 자기장에 의해 움직인다는 사실을 기록한다. 1869년에 플뤼커의 제자인 [[요한 빌헬름 히토르프]]는 음극 앞에 고체 장애물을 둘 경우 인광에 그림자가 생긴다는 사실을 발견하고, 음극선에서 방사된 무언가가 직진하여 음극선관의 유리병을 때림으로써 인광을 발생시킨다고 추측한다. 1876년에 독일의 물리학자 [[오이겐 골트슈타인]]은 이 빛이 음극 표면에 수직한 방향으로 방사되며 [[백열등]]의 빛과는 다른 종류의 무언가라는 사실을 발견하고 [[음극선]]이라 이름짓는다.<ref name="leicester">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=aJZVQnqcwv4C&pg=PA221|title=The Historical Background of Chemistry|last=Leicester|first=H.M.|year=1971|publisher=[[Courier Dover]]|pages=221–222|isbn=978-0-486-61053-5}}</ref><ref name="Whittaker">{{서적 인용|title=[[A History of the Theories of Aether and Electricity]]|last=Whittaker|first=E.T.|authorlink=E. T. Whittaker|year=1951|volume=1|publisher=Nelson|place=London}}</ref>{{rp|393}}

1870년대에 영국의 화학자이자 물리학자인 [[윌리엄 크룩스]]는 [[진공관]]으로서의 음극선을 개발하고,<ref name="dekosky">{{저널 인용|title=William Crookes and the quest for absolute vacuum in the 1870s|journal=[[Annals of Science]]|last=DeKosky|first=R.K.|year=1983|volume=40|issue=1|pages=1–18|doi=10.1080/00033798300200101}}</ref> 1874년에는 진행경로에 작은 바람개비를 두었을 때 돌아간다는 사실을 발견하여 음극선에 [[운동량]]이 존재함을 처음으로 기록한다. 크룩스는 여기서 멈추지 않고 자기장을 가했을 때 음극선이 휜다는 사실로부터 음극선이 음전하를 띄었을지도 모른다고 주장한다.<ref name="leicester" /> 1879년에 크룩스는 이를 두고 음극선이 전하를 띈 [[분자]]이며, 기체와 유사하지만 매우 긴 [[평균자유행로]]를 가지는 네번째 [[물질의 상태]]라는 결론을 내린다.<ref name="Whittaker" />{{rp|394–395}}

독일 태생의 영국인 물리학자 [[아서 슈스터]]는 크룩스의 실험에 [[전위]]를 추가적으로 가하고, 음극선이 양극으로 휘는 것을 관찰함으로써 음극선이 음극을 띠었음을 더욱 분명히 한다. 이 때 휘는 정도를 측정해 1890년에 이미 음극선의 [[비전하]]를 어림잡아 계산한다.{{efn|과거에는 질량에 대한 전하비보다 전하에 대한 질량비를 측정하는 것이 일반적이었다.}} 그러나 전자는 원자보다 수천배나 작은 질량을 가진지라 당시 계산결과는 기대했던 것보다 매우 크게 나왔고, 학계로부터 크게 신임받지 못하였다.<ref name="leicester" />

1892년에는 [[헨드릭 로런츠]]가 음극선을 구성하는 입자가 단위 전하를 가지고 있는 것이 아닌, 일정한 비전하로 커지는 질량을 가지고 있다는 제안을 한다.<ref>{{잡지 인용|first=Frank|last=Wilczek|url=http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=happy-birthday-electron|title=Happy birthday, electron|magazine=Scientific American|date=June 2012}}</ref>
[[파일:J.J_Thomson.jpg|섬네일|[[조지프 존 톰슨]]]]
자연적으로 [[형광]]을 띄는 물질을 연구하던 프랑스의 물리학자 [[앙리 베크렐]]은 이들이 외부에서 어떠한 에너지를 가하지 않아도 자체적으로 발광한다는 사실, 즉 [[방사성 붕괴]]를 1896년에 발견한다. 이 현상은 발견 당시부터 전세계의 과학자들의 이목을 끌었다. 뉴질랜드의 물리학자 [[어니스트 러더퍼드]]는 이 물질들이 입자를 방출한다는 사실을 발견하고서 물질의 투과 정도에 따라 [[알파 입자]]와 [[베타 입자]]로 분류한다.<ref>{{저널 인용|title=Rutherford on the Alpha-Beta-Gamma Classification of Radioactive Rays|journal=[[Isis (journal)|Isis]]|last=Trenn|first=T.J.|year=1976|volume=67|issue=1|pages=61–75|doi=10.1086/351545|jstor=231134|s2cid=145281124}}</ref> 1900년에 베크렐은 [[라듐]]이 방출하는 베타선을 연구하다가 베타선이 전기장에 의해 음극선의 비전하와 같은 비전하로 휘어진다는 사실을 발견한다.<ref>{{저널 인용|title=Déviation du Rayonnement du Radium dans un Champ Électrique|journal=[[Comptes rendus de l'Académie des sciences]]|last=Becquerel|first=H.|year=1900|volume=130|pages=809–815|language=fr}}</ref> 베크렐은 몰랐지만 이는 전자가 원자의 구성물이라는 대표적인 증거이다.<ref name="BaW9091">[[Electron#refBaW2001|Buchwald and Warwick (2001:90–91).]]</ref><ref>{{저널 인용|title=Becquerel's Discovery of Radioactivity in 1896|journal=[[Journal of Nuclear Medicine]]|last=Myers|first=W.G.|url=http://jnm.snmjournals.org/cgi/content/abstract/17/7/579|year=1976|volume=17|issue=7|pages=579–582|pmid=775027}}</ref>

1897년, 영국의 물리학자 [[조지프 존 톰슨]]은 [[존 실리 타운센드]], [[해롤드 앨버트 윌슨]]과 함께 음극선이 원자나 분자, 파동이 아닌 새로운 종류의 입자라는 사실을 증명하는 실험을 설계한다. 톰슨은 이렇게 발견한 입자의 전하량과 질량을 정확하게 계산해내고, 가장 가벼운 원자인 수소보다도 2,000여배가량 가벼운 성질에 착안하여 소체({{Lang|en|corpuscles}})라 명명한다. 또한 이 입자가 음극선뿐만 아니라 방사성 물질에서도, 열을 가한 물질에서도, 특별한 빛을 조사한 물질에서도 방출된다는 사실을 발견한다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: Carriers of Negative Electricity|last=Thomson|first=J.J.|year=1906|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20081010100408/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1906/thomson-lecture.pdf|archive-date=2008-10-10|url-status=dead|access-date=2008-08-25|df=dmy-all}}</ref> 전자(electron)이라는 이름은 [[조지 프란시스 피츠제럴드]]와 헨드릭 로런츠에 의해 자리잡게 된다.<ref name="O'Hara1975">{{저널 인용|title=George Johnstone Stoney, F.R.S., and the Concept of the Electron|journal=Notes and Records of the Royal Society of London|last=O'Hara|first=J. G.|date=March 1975|volume=29|issue=2|publisher=Royal Society|pages=265–276|language=|doi=10.1098/rsnr.1975.0018|jstor=531468|s2cid=145353314}}</ref>{{rp|page=273}}
[[파일:Millikan.jpg|섬네일|[[로버트 앤드루스 밀리컨]]]]
전자의 질량은 미국의 물리학자 [[로버트 앤드루스 밀리컨]]과 [[하비 플레처]]가 1909년에 실시한 [[기름방울 실험]]에서 측정되어 1911년에 보고된다. 이 실험은 전기장을 통해 낙하하는 대전된 기름방울을 중력으로부터 잡아내는 방식으로 이루어졌다. 그 결과 기름 방울들이 어떤 특별한 값의 정수배로 전하를 띤다는 사실이 밝혀졌다. 톰슨은 물방울로 비슷한 실험을 했지만 물이 쉽게 증발하는 바람에 정확한 값을 얻는데 실패했고,<ref>{{저널 인용|title=The Isolation of an Ion, a Precision Measurement of its Charge, and the Correction of Stokes' Law|journal=[[Physical Review]]|last=Millikan|first=R.A.|url=https://authors.library.caltech.edu/6437/1/MILpr11b.pdf|year=1911|volume=32|issue=2|pages=349–397|bibcode=1911PhRvI..32..349M|doi=10.1103/PhysRevSeriesI.32.349}}</ref> [[아브람 요페]]는 금속 방울을 가지고 같은 실험을 해서 1913년에 그 결과를 발표한다.<ref>{{저널 인용|title=Abram Fedorovich Ioffe (on his eightieth birthday)|journal=[[Uspekhi Fizicheskikh Nauk|Soviet Physics Uspekhi]]|last1=Kikoin|first1=I.K.|last2=Sominskiĭ|first2=I.S.|year=1961|volume=3|issue=5|pages=798–809|bibcode=1961SvPhU...3..798K|doi=10.1070/PU1961v003n05ABEH005812}} Original publication in Russian: {{저널 인용|title=Академик А.Ф. Иоффе|journal=[[Uspekhi Fizicheskikh Nauk|Успехи Физических Наук]]|last1=Кикоин|first1=И.К.|last2=Соминский|first2=М.С.|year=1960|volume=72|issue=10|pages=303–321|doi=10.3367/UFNr.0072.196010e.0307}}</ref>

이로써 밀리컨은 기름방울의 전하량을 측정했고, 많은 기름방울을 측정한 결과, 그 값이 대략 1.60×10<sup>-19</sup>의 정수배값을 갖게된다는 것을 확인했다. 현재의 정밀한 기술에 의한 실험 결과는 e = 1.60217634×10<sup>-19</sup>C이다. 한편 톰슨의 공식 <math>e \over m</math> = 1.759×10<sup>11</sup>C/kg에 대입하면 전자의 질량(m=9.1084499147×10<sup>-31</sup>kg)을 구할 수 있다.

톰슨의 전자 발견과 비슷한 시기에 대전된 입자가 [[과포화]] 상태의 증기를 지나가면 그 경로를 따라 구름이 생긴다는 사실이 발견되고, 1911년에는 [[찰스 윌슨]]이 이를 응용하여 [[안개 상자]]를 발명한다.<ref>{{저널 인용|title=A Report on the Wilson Cloud Chamber and Its Applications in Physics|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|last1=Das Gupta|first1=N.N.|last2=Ghosh|first2=S.K.|year=1999|volume=18|issue=2|pages=225–290|bibcode=1946RvMP...18..225G|doi=10.1103/RevModPhys.18.225}}</ref>

원자와 전자의 관계는 [[닐스 보어]]가 [[고전양자론]]으로 원자를 이해하려고 시도한 이후 헨리 모즐리의 X선 [[스펙트럼]] 실험이 뒤따르면서 구체적으로 밝혀지기 시작했다.

=== 원자론 ===
[[파일:Bohr atom model (mul).svg|대체글=Three concentric circles about a nucleus, with an electron moving from the second to the first circle and releasing a photon|오른쪽|섬네일|[[보어 모형]]. 각 궤도의 에너지 준위가 [[주양자수]] n에 따라 양자화되어 있다. 전자는 광자의 형태로 에너지를 방출하며 더 낮은 에너지 준위로 이동한다.]]
1914년까지 [[어니스트 러더퍼드]]와 [[헨리 모즐리 (물리학자)|헨리 모즐리]], [[제임스 프랑크]], [[구스타프 헤르츠]] 등이 여러 가지 실험을 통해 원자의 중심에 양전하를 띄는 [[원자핵]]이 존재하고, 이보다 수천배가량 가벼운 전자가 그 주위를 돌고 있다는 사실을 밝혀낸다.<ref name="smirnov2">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=I1O8WYOcUscC&pg=PA14|title=Physics of Atoms and Ions|last=Smirnov|first=B.M.|year=2003|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]]|pages=14–21|isbn=978-0-387-95550-6}}</ref> 1913년에는 덴마크의 물리학자 [[닐스 보어]]가 전자가 가질 수 있는 [[에너지 준위]]가 양자화되어있으며, 이 에너지는 전자 궤도의 각운동량에 의해 결정된다는 사실을 보인다. 보어는 이러한 모델을 통해 수소원자의 [[선스펙트럼]]이 어떤 에너지 준위에 있는 전자가 다른 에너지 준위로 이동하기 위해서는 그 차이만큼의 에너지를 광자의 형태로 흡수 또는 방출 하기 때문에 나타나는 현상이라고 완벽하게 설명해낸다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1922/bohr-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Structure of the Atom|last=Bohr|first=N.|year=1922|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-12-03|df=dmy-all}}</ref> 그러나 보어의 이론은 왜 각 스펙트럼의 세기가 다르게 나타나는지, 그리고 여러 개의 양성자를 가진 헬륨 이상의 원자에서 나타나는 선스펙트럼의 양상은 설명하지 못했다.<ref name="smirnov2" />

원자간 [[화학 결합]] 역시 전자에 의해 설명되기 시작한다. 1916년에 [[길버트 뉴턴 루이스]]는 [[공유 결합]]이 두 원자가 전자쌍을 서로 공유하며 나타나는 현상임을 밝혀냈고,<ref>{{저널 인용|title=The Atom and the Molecule|journal=[[Journal of the American Chemical Society]]|last=Lewis|first=G.N.|url=https://zenodo.org/record/1429068|year=1916|volume=38|issue=4|pages=762–786|doi=10.1021/ja02261a002}}</ref> 1927년에는 [[발터 하이틀러]]와 [[프리츠 론돈]]이 [[양자 역학]]의 언어로 원자들이 어떻게 전자쌍을 서로 공유하는지 설명해내는데 성공했다.<ref name="Arabatzis2">{{저널 인용|title=The chemists' electron|journal=[[European Journal of Physics]]|last1=Arabatzis|first1=T.|last2=Gavroglu|first2=K.|url=http://pdfs.semanticscholar.org/3804/783ac9fc011aeae884a3d370a474cbfdd46f.pdf|year=1997|volume=18|issue=3|pages=150–163|bibcode=1997EJPh...18..150A|doi=10.1088/0143-0807/18/3/005|s2cid=56117976|access-date=2020-11-11|archive-date=2020-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20200605041731/http://pdfs.semanticscholar.org/3804/783ac9fc011aeae884a3d370a474cbfdd46f.pdf|url-status=dead}}</ref> 1919년에는 미국의 화학자 [[어빙 랭뮤어]]가 루이스의 정적 모형에 덧붙여 전자껍질의 두께들이 모두 동일하여 동심원을 이룬다고 주장하는데,<ref>{{저널 인용|title=The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules|journal=[[Journal of the American Chemical Society]]|last=Langmuir|first=I.|url=https://zenodo.org/record/1429026|year=1919|volume=41|issue=6|pages=868–934|doi=10.1021/ja02227a002}}</ref> 곧이어 전자 껍질에 전자쌍이 들어갈 수 있는 방이 여러개 존재한다는 원자모형을 제안한다. 이 랭뮤어의 원자모형은 [[주기율표]] 상의 모든 원소들이 [[화학 결합]]을 형성하는 방식을 성공적으로 설명해낸다.<ref name="Arabatzis2" /><ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/periodictableits0000scer/page/205|title=The Periodic Table|last=Scerri|first=E.R.|year=2007|publisher=Oxford University Press|pages=205–226|isbn=978-0-19-530573-9|url-access=registration}}</ref>

1924년에는 오스트리아의 물리학자 [[볼프강 파울리]]가 원자의 껍질 구조를 네 종류의 양자적 에너지 상태로 설명할 수 있으며, 각 상태에는 한 개 이상의 전자가 들어갈 수 없다는 [[파울리 배타 원리]]를 제안한다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=YS91Gsbd13cC&pg=PA7|title=Pauli's Exclusion Principle, The Origin and Validation of a Scientific Principle|last=Massimi|first=M.|year=2005|publisher=Cambridge University Press|pages=7–8|isbn=978-0-521-83911-2}}</ref> 그러나 당시까지 전자의 양자적 상태로는 [[주 양자수|궤도 번호]]와 [[방위 양자수|각운동량]]밖에 밝혀져 있지 않은지라 나머지 파울리가 주장한 나머지 두 가지 에너지 상태는 아직 가설의 영역에 불과했다. 그러나 1925년에 네덜란드 출신의 두 물리학자 [[사무엘 구드스미트]]와 [[조지 울렌벡]]이 [[자기 양자수|자기 쌍극자 모멘트]]가 양자화되어 있고, 전자만의 [[자기 스핀 양자수|고유 각운동량]]이라는 개념을 제안하면서 나머지 두 에너지 상태도 모습을 드러낸다.<ref name="smirnov2" /><ref>{{저널 인용|title=Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons|url=https://archive.org/details/sim_naturwissenschaften_1925-11-20_13_47/page/n11|journal=[[Naturwissenschaften|Die Naturwissenschaften]]|last1=Uhlenbeck|first1=G.E.|last2=Goudsmith|first2=S.|year=1925|volume=13|issue=47|pages=953–954|language=de|bibcode=1925NW.....13..953E|doi=10.1007/BF01558878|s2cid=32211960}}</ref> 이 고유 각운동량이라는 개념은 [[지구]]가 [[공전]]뿐 아니라 [[자전]]도 한다는 사실에서 착안한 것으로, 이후 [[슈테른-게를라흐 실험]]을 통해 그 실재가 증명됨과 동시에 [[스핀 (물리학)|스핀]]이라는 이름으로 알려지게 된다. 스핀의 도입으로 인해 선스펙트럼을 고해상도로 보았을 때 선이 갈라져 [[미세 구조]]가 나타나는 이유도 동시에 설명된다.<ref>{{저널 인용|title=Über die Gesetzmäßigkeiten des anomalen Zeemaneffektes|journal=[[European Physical Journal|Zeitschrift für Physik]]|last=Pauli|first=W.|year=1923|volume=16|issue=1|pages=155–164|language=de|bibcode=1923ZPhy...16..155P|doi=10.1007/BF01327386|s2cid=122256737}}</ref>

=== 양자역학 ===
{{참고|양자역학의 역사}}
[[파일:Orbital_s1.png|대체글=A symmetrical blue cloud that decreases in intensity from the center outward|오른쪽|섬네일|양자 역학에 따르면 전자는 원자 내부에서 궤도가 아닌 [[원자 오비탈|오비탈]]이라는 확률밀도의 형태로 분포한다. 위 그림에서 색이 진할수록 전자의 발견 확률이 크다. ]]
[[드브로이]]는 1924년에 발표한 박사학위 논문 《양자이론에 대한 연구''<sub>Recherches sur la théorie des quanta</sub>''》에서 [[물질파]] 가설을 제안한다.<ref name="de_broglie2">{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1929/broglie-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron|last=de Broglie|first=L.|year=1929|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-08-30|df=dmy-all}}</ref> 물질파 가설이란 모든 물질이 [[빛]]처럼 [[파동-입자 이중성]]을 가진다는 것인데, 실제로 빛은 그 진행 경로와 위치를 특정할 수 있으며 운동량을 가지는 등 입자설을 가지는 동시에, [[이중 슬릿 실험]]에서 보여주듯 [[회절]]하는 파동의 특성도 동시에 가지고 있음이 당시에 알려져 있었다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=EbOz5I9RNrYC&pg=PA85|title=Particle Metaphysics: A Critical Account of Subatomic Reality|last=Falkenburg|first=B.|year=2007|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]]|page=85|bibcode=2007pmca.book.....F|isbn=978-3-540-33731-7}}</ref> 이후 [[조지 패짓 톰슨]]은 1927년에 전자를 얇은 금속 박막에 통과시켜서 회절무늬를 관찰하고, [[클린턴 조지프 데이비슨]]과 [[레스터 저머]]는 [[니켈]] 결정에 전자빔을 쏘았을 때에도 회절무늬가 나타난다는 사실을 발견함으로써 물질파 가설이 참임을 증명한다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1937/davisson-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Discovery of Electron Waves|last=Davisson|first=C.|year=1937|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-08-30|df=dmy-all}}</ref>

전자가 파동성을 가진다는 드브로이의 가설은 [[에르빈 슈뢰딩거]]에 의해 빛을 발한다. 슈뢰딩거는 전자를 파동으로 해석하여 원자핵에 전자기력으로 포섭된 전자의 움직임을 파동함수라는 개념으로 모델링하고, 1926년에 이를 [[슈뢰딩거 방정식]]으로 발표한다.<ref>{{저널 인용|title=Quantisierung als Eigenwertproblem|journal=[[Annalen der Physik]]|last=Schrödinger|first=E.|year=1926|volume=385|issue=13|pages=437–490|language=de|bibcode=1926AnP...385..437S|doi=10.1002/andp.19263851302}}</ref> 이 방정식은 전자의 회절과, 보어는 설명하지 못했던 다양한 원자들의 선스펙트럼 양상을 정량적으로 설명해내는데 성공한다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=FhFxn_lUvz0C&pg=PT66|title=Hydrogen|last=Rigden|first=J.S.|year=2003|publisher=Harvard University Press|pages=59–86|isbn=978-0-674-01252-3}}</ref><ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=4sluccbpwjsC&pg=PA275|title=Quantum Mechanics|last=Reed|first=B.C.|year=2007|publisher=[[Jones & Bartlett Learning|Jones & Bartlett Publishers]]|pages=275–350|isbn=978-0-7637-4451-9}}</ref> 또한 이 파동함수라는 개념은 이후 전자의 정확한 위치가 아닌, 발견 확률을 나타내는 함수로 해석됨으로써 [[양자역학]]의 두 번째 장을 연다.

1928년에는 파울리의 업적에 [[폴 디랙]]이 [[특수 상대성이론]]과 [[해밀토니언 (양자역학)|해밀토니언]]의 대칭성을 첨가하여 [[디랙 방정식]]이라는 새로운 전자 모형을 제시한다.<ref>{{저널 인용|title=The Quantum Theory of the Electron|journal=[[Proceedings of the Royal Society#Proceedings of the Royal Society A|Proceedings of the Royal Society A]]|last=Dirac|first=P.A.M.|url=http://rspa.royalsocietypublishing.org/content/royprsa/117/778/610.full.pdf|year=1928|volume=117|issue=778|pages=610–624|bibcode=1928RSPSA.117..610D|doi=10.1098/rspa.1928.0023}}</ref> 디랙은 1930년에 이 방정식의 상대론적 해를 구하는 과정에서 진공을 음의 에너지로 가득찬 공간인 [[디랙의 바다]]로 해석하였다. 이는 곧 [[양전자]]가 존재한다는 뜻으로, [[반물질]]의 존재를 암시하는 것이다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1933/dirac-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: Theory of Electrons and Positrons|last=Dirac|first=P.A.M.|year=1933|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-11-01|df=dmy-all}}</ref> 2년 후인 1932년에 [[칼 데이비드 앤더슨]]이 양전자를 발견하여 디랙의 이론이 맞았다는게 증명된다. 앤더슨은 기존의 전자를 음전자(negaton)로 부르자고 제안하지만, 이는 받아들여지지 않는다.

1947년에는 [[윌리스 유진 램]]과 석사과정 학생 [[로버트 러더퍼드]]는 분명히 같은 에너지값을 가져야 하는 두 양자 상태가 서로 미세한 차이로 벌어져 있음을 발견하고 [[램 이동]]이라 명명한다. 동시에 [[폴리카프 쿠시]]는 실험 결과 전자의 자기모멘트가 디랙이 계산한 이론값보다 조금 더 큰 값을 가진다는 사실을 발견한다. 이 차이는 이후 [[이상자기모멘트]]라 불리게 되며, 1940년대 후반에 [[도모나가 신이치로]], [[줄리언 슈윙거]], [[리처드 파인만]] 등에 의해 [[양자 전기역학]]이라는 학문이 구축되며 설명된다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1965/|title=The Nobel Prize in Physics 1965|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-11-04|df=dmy-all}}</ref>

=== 입자가속기 ===
[[입자가속기]]가 개발된 이후로 물리학자들은 [[아원자 입자]]를 더 깊이 들여다볼 수 있게 되었다.<ref>{{저널 인용|title=The Evolution of Particle Accelerators & Colliders|journal=[[Beam Line]]|last=Panofsky|first=W.K.H.|url=http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/27/1/27-1-panofsky.pdf|year=1997|volume=27|issue=1|pages=36–44|accessdate=2008-09-15|df=dmy-all}}</ref> 1942년에 [[전자기 유도]]를 응용하여 개발한 [[베타트론]]을 통해 처음으로 전자를 2.3&nbsp;MeV까지 가속하는데 성공한다. 1947년에는 [[제너럴 일렉트릭]]에서 [[싱크로트론 방사]] 기술을 개발하여 전자를 70 MeV까지 가속시킨다. 이로써 전자는 빛의 속도에 근접하게 가속되기 시작한다.<ref>{{저널 인용|title=Radiation from Electrons in a Synchrotron|url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1947-06-01_71_11/page/n83|journal=[[Physical Review]]|last=Elder|first=F.R.|year=1947|volume=71|issue=11|pages=829–830|bibcode=1947PhRv...71..829E|doi=10.1103/PhysRev.71.829.5|display-authors=etal}}</ref>

1968년에는 세계 최초의 입자 [[충돌기]]인 [[ADONE]]가 운영을 시작한다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=klLUs2XUmOkC&pg=PA25|title=The Rise of the Standard Model: Particle Physics in the 1960s and 1970s|last=Hoddeson|first=L.|year=1997|publisher=[[Cambridge University Press]]|pages=25–26|isbn=978-0-521-57816-5|display-authors=etal}}</ref> 전자와 양전자를 서로 반대방향으로 가속시켜 충돌시킴으로써 입자를 정지한 판에 충돌시키는 기존의 방식에 비해 두 배로 높은 에너지를 다룰 수 있게 된 것이다.<ref>{{저널 인용|title=AdA: The First Electron–Positron Collider|journal=[[Physics in Perspective]]|last=Bernardini|first=C.|year=2004|volume=6|issue=2|pages=156–183|bibcode=2004PhP.....6..156B|doi=10.1007/s00016-003-0202-y|s2cid=122534669}}</ref> ADONE은 1.5 GeV까지의 에너지를 다룰 수 있었는데, 1989년부터 2000년까지 운영된 [[CERN]]의 [[대형 전자-양전자 충돌기]](LEP)는 무려 209 GeV까지 그 에너지를 높임으로써 [[입자물리학]]의 [[표준 모형]] 연구에 지대한 공헌을 했다.<ref>{{웹 인용|url=http://public.web.cern.ch/PUBLIC/en/Research/LEPExp-en.html|title=Testing the Standard Model: The LEP experiments|year=2008|publisher=[[CERN]]|accessdate=2008-09-15|df=dmy-all}}</ref><ref>{{저널 인용|title=LEP reaps a final harvest|journal=[[CERN Courier]]|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/28335|year=2000|volume=40|issue=10}}</ref>

== 성질 ==

=== 분류 ===
[[파일:Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg|대체글=A table with four rows and four columns, with each cell containing a particle identifier|오른쪽|섬네일|표준 모형의 기본 입자들. 전자(e)가 좌측 하단에 있다.]]
[[표준 모형]]에 의하면 전자는 [[렙톤]]이라는 [[기본 입자]] 그룹에 속하여 어떠한 [[앞선입자|하부 구조]]도 존재하지 않는다.<ref name="prl502">{{저널 인용|title=New Tests for Quark and Lepton Substructure|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Eichten|first1=E.J.|last2=Peskin|first2=M.E.|year=1983|volume=50|issue=11|pages=811–814|bibcode=1983PhRvL..50..811E|doi=10.1103/PhysRevLett.50.811|osti=1446807|last3=Peskin|first3=M.}}</ref><ref>{{저널 인용|title=New Determination of the Fine Structure Constant from the Electron ''g'' Value and QED|journal=[[Physical Review Letters]]|last=Gabrielse|first=G.|year=2006|volume=97|issue=3|pages=030802(1–4)|bibcode=2006PhRvL..97c0802G|doi=10.1103/PhysRevLett.97.030802|pmid=16907491|display-authors=etal}}</ref> 전자는 전하를 가지는 렙톤 중에서는 가장 작은 질량을 가지며, [[세대 (물리학)|세대]]를 따지자면 1세대에 속한다.<ref>{{저널 인용|title=Quarks and Leptons Beyond the Third Generation|journal=[[Physics Reports]]|last1=Frampton|first1=P.H.|last2=Hung|first2=P.Q.|year=2000|volume=330|issue=5–6|pages=263–348|arxiv=hep-ph/9903387|bibcode=2000PhR...330..263F|doi=10.1016/S0370-1573(99)00095-2|last3=Sher|first3=Marc|s2cid=119481188}}</ref> 2세대 렙톤 중에서는 [[뮤온]]이, 3세대 렙톤 중에서는 [[타우 입자]]도 전하를 띄지만 전자보다 훨씬 무겁다. 렙톤은 [[강한 상호작용]]을 하지 않는다는 점에서 같은 기본 입자인 [[쿼크]]와 구분된다. 렙톤들은 모두 반정수 스핀을 가지는 [[페르미온]]이다.<ref name="raith">{{서적 인용|title=Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles|last1=Raith|first1=W.|last2=Mulvey|first2=T.|year=2001|publisher=[[CRC Press]]|pages=777–781|isbn=978-0-8493-1202-1}}</ref>

=== 기초적 성질 ===
전자의 [[불변 질량]]은 [[:en:Orders_of_magnitude_(mass)#10-25_kg_or_less|{{val|9.109|e=-31}}]] 킬로그램이고,<ref name="CODATA">The original source for CODATA is {{저널 인용|title=CODATA recommended values of the fundamental physical constants|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|last1=Mohr|first1=P.J.|last2=Taylor|first2=B.N.|year=2008|volume=80|issue=2|pages=633–730|arxiv=0801.0028|bibcode=2008RvMP...80..633M|doi=10.1103/RevModPhys.80.633|last3=Newell|first3=D.B.|citeseerx=10.1.1.150.1225}}

: Individual physical constants from the CODATA are available at: {{웹 인용|url=http://physics.nist.gov/cuu/|title=The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|accessdate=2009-01-15}}</ref> [[원자 질량 단위]]로 보자면 {{val|5.489|e=-4}} u이다. [[아인슈타인]]의 [[질량-에너지 등가]] 원리에 의하면 0.511&nbsp;MeV 만큼의 [[정지에너지]]를 가지는 것이다. [[양성자]]와 비교하면 1836배 가볍다.<ref name="nist_codata_mu2">{{웹 인용|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mpsme|title=CODATA value: proton-electron mass ratio|work=2006 CODATA recommended values|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|access-date=2009-07-18|df=dmy-all}}</ref><ref name="Zombeck2007">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=tp_G85jm6IAC&pg=PA14|title=Handbook of Space Astronomy and Astrophysics|last=Zombeck|first=M.V.|year=2007|edition=3rd|publisher=Cambridge University Press|page=14|isbn=978-0-521-78242-5}}</ref> 물리학자들은 이 [[양성자 전자 질량비]]가 시간에 따라 달라지지는 않는지를 관측했는데, 표준 모형이 예측하는 바와 같이 최소한 [[우주의 나이]] 절반부터는 지금의 값을 가졌다는 사실을 밝혀냈다.<ref>{{저널 인용|title=Strong Limit on a Variable Proton-to-Electron Mass Ratio from Molecules in the Distant Universe|journal=[[사이언스|Science]]|last=Murphy|first=M.T.|year=2008|volume=320|issue=5883|pages=1611–1613|arxiv=0806.3081|bibcode=2008Sci...320.1611M|doi=10.1126/science.1156352|pmid=18566280|display-authors=etal|s2cid=2384708}}</ref>

[[전하]]는{{val|-1.602176634|e=-19}} [[쿨롱]]이고,<ref name="CODATA" /> 그 자체로 [[기본 전하]] e로 사용한다.<ref name="CODATA" /><ref name="raith2">{{서적 인용|title=Constituents of Matter: Atoms, Molecules, Nuclei and Particles|last1=Raith|first1=W.|last2=Mulvey|first2=T.|year=2001|publisher=[[CRC Press]]|pages=777–781|isbn=978-0-8493-1202-1}}</ref> 양성자와 정확히 같은 크기에 부호만 반대인 전하값을 가지고 있다.<ref>{{저널 인용|title=Experimental Limits for the Electron-Proton Charge Difference and for the Charge of the Neutron|journal=[[Physical Review]]|last1=Zorn|first1=J.C.|last2=Chamberlain|first2=G.E.|year=1963|volume=129|issue=6|pages=2566–2576|bibcode=1963PhRv..129.2566Z|doi=10.1103/PhysRev.129.2566|last3=Hughes|first3=V.W.}}</ref>

고유 [[각운동량]], 즉 [[스핀 양자수]]는 {{sfrac|1|2}}이다.<ref name="CODATA" /><ref name="raith2" /> 모든 [[페르미온]]들이 이러한데, 단위까지 같이 쓰자면 {{sfrac|ħ|2}}의 고유 각운동량을 가지고,<ref group="lower-alpha">이 크기는 스핀 양자수에 대한 다음의 방정식을 만족시키기 위해 s={{sfrac|1|2}}이어야 한다는 사실에서 기인한다.

:<math>\begin{alignat}{2}
 S & = \sqrt{s(s + 1)} \cdot \frac{h}{2\pi} \\
   & = \frac{\sqrt{3}}{2} \hbar \\
\end{alignat}</math></ref> 한 축을 잡아 [[사영]]한다면 ±{{sfrac|''ħ''|2}}의 값을 가지는 것이다. 또 전자는 스핀 축을 따라 고유 [[자기 모멘트]]를 가진다.<ref name="CODATA" /> 이 크기는 [[보어 마그네톤]]과 일치하는데,<ref name="Hanneke">{{저널 인용|title=New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Odom|first1=B.|year=2006|volume=97|issue=3|pages=030801|bibcode=2006PhRvL..97c0801O|doi=10.1103/PhysRevLett.97.030801|pmid=16907490|display-authors=etal}}</ref>{{efn|보어 마그네톤은 다음과 같다.
:<math>\textstyle\mu_{\mathrm{B}}=\frac{e\hbar}{2m_{\mathrm{e}}}.</math>}} 그 값은 {{val|9.27400915|(23)|e=-24|u=J T{{sup|-1}}}}이다.<ref name="CODATA" /> 자기모멘트에 대한 스핀의 방향은 [[나선도]]라는 새로운 성질을 정의한다.<ref name="anastopoulos">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=rDEvQZhpltEC&pg=PA261|title=Particle Or Wave: The Evolution of the Concept of Matter in Modern Physics|last=Anastopoulos|first=C.|year=2008|publisher=Princeton University Press|pages=261–262|isbn=978-0-691-13512-0}}</ref>

전자가 유한한 크기를 가진다는 가설은 [[상대성이론]]과 양립할 수 없고, 그렇다고 크기가 없는 점입자로 간주한다면 [[자체에너지]]가 발산해야한다는 문제를 가진다.<ref>[[Eduard Shpolsky]], Atomic physics (Atomnaia fizika), second edition, 1951</ref> 따라서 현대 이론물리학계에서는 이 문제를 해결하기 위해 연구를 이어가고 있다. 양자역학을 배제하고 고전적인 이론을 통해 예측한 [[고전전자반지름]]은 {{val|2.8179|e=-15|u=m}}인데, 이는 양성자의 반지름보다도 크다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=PLISLfBLcmgC&pg=PA168|title=Optics, light and lasers: The Practical Approach to Modern Aspects of Photonics and Laser Physics|last=Meschede|first=D.|year=2004|publisher=[[Wiley-VCH]]|page=168|isbn=978-3-527-40364-6}}{{깨진 링크|url=https://books.google.com/books?id=PLISLfBLcmgC&pg=PA168 }}</ref><ref group="lower-alpha">고전전자반지름의 유도과정은 이렇다. 전자 내부에서 전하가 구형으로 균질하게 분포한다고 가정해보자. 이런 경우 [[원자핵]]처럼 전자 내부의 각 부분들은 서로 반발하기 때문에, 전자는 그 자체로 정전기적 퍼텐셜 에너지를 저장하고 있다. 이 에너지를 [[특수 상대성이론]] E&nbsp;=&nbsp;mc<sup>2</sup>에 의해 정의되는 [[정지에너지]]와 동일하다고 해보자.

[[정전기학]]에 의하면 전자에 저장된 [[퍼텐셜 에너지]]는 다음과 같다.

:<math>E_{\mathrm p} = \frac{e^2}{8\pi \varepsilon_0 r},</math>이 때 r은 반지름, e는 전자의 전하, ''ε''<sub>0</sub>는 [[진공 유전율]]을 의미한다. 전자의 질량을 m<sub>0</sub>라 한다면 전자의 정지에너지는 <math>\textstyle E_{\mathrm p} = m_0 c^2</math>이다. 이 때 c는 진공에서의 광속을 의미한다. 이 두 항을 연립함으로써 고전적 전자 반지름의 값을 계산할 수 있다.</ref> 에너지에 대한 [[불확정성 원리]]를 적용하면 전자의 이론적 반경은 {{Val|e=-18|u=m}}를 넘을 수 없는데, [[페닝 트랩]]을 이용한 실험 결과는 전자의 직경이 {{Val|e=-22|u=m}}를 넘을 수 없다는 사실을 보여준다.<ref>{{저널 인용|title=A Single Atomic Particle Forever Floating at Rest in Free Space: New Value for Electron Radius|journal=[[Physica Scripta]]|last=Dehmelt|first=H.|year=1988|volume=T22|pages=102–110|bibcode=1988PhST...22..102D|doi=10.1088/0031-8949/1988/T22/016}}</ref>

많은 [[기본 입자]]들이 더 작은 질량의 입자로 [[붕괴 (물리학)|붕괴]]한다. 일례로 [[뮤온]]은 {{val|2.2|e=-6}}초의 [[지수적 감쇠#평균 수명|평균 수명]]이 지나면 전자, [[뮤온 중성미자]], [[전자 반중성미자]]로 붕괴한다. 반면에 전자는 전하를 가진 기본 입자들 중 가장 가벼워서, 그 붕괴는 [[전하량 보존 법칙]]에 위배된다.<ref>{{저널 인용|title=Experimental test of charge conservation and the stability of the electron|journal=[[Physical Review D]]|last=Steinberg|first=R.I.|year=1999|volume=61|issue=2|pages=2582–2586|bibcode=1975PhRvD..12.2582S|doi=10.1103/PhysRevD.12.2582|display-authors=etal}}</ref> 이에 따라 전자는 붕괴하지 않을 것이라는 예측이 지배적이며, 실험적으로는 {{val|6.6|e=28}}년 이상의 평균 수명을 가지고 있다는 사실이 90%의 [[신뢰 구간]]으로 인정된다.<ref>{{저널 인용|title=Review of Particle Physics: [electron properties]|journal=[[Physical Review D]]|author1=Beringer, J.|url=http://pdg.lbl.gov/2012/listings/rpp2012-list-electron.pdf|year=2012|volume=86|issue=1|pages=010001|bibcode=2012PhRvD..86a0001B|doi=10.1103/PhysRevD.86.010001|display-authors=etal|collaboration=Particle Data Group}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Search for electron decay mode e → γ + ν with prototype of Borexino detector|journal=[[Physics Letters B]]|last1=Back|first1=H.O.|year=2002|volume=525|issue=1–2|pages=29–40|bibcode=2002PhLB..525...29B|doi=10.1016/S0370-2693(01)01440-X|display-authors=etal|doi-access=free}}</ref>

=== 양자적 성질 ===
[[파일:Asymmetricwave2.png|대체글=A three dimensional projection of a two dimensional plot. There are symmetric hills along one axis and symmetric valleys along the other, roughly giving a saddle-shape|오른쪽|섬네일|동일한 페르미온 두개가 1차원 [[상자 속 입자|상자 속]]에서 서로 위치를 바꿀 때, 그 부호만 달라진다. 이는 반대칭적 파동함수라 한다.]]
다른 입자들과 마찬가지로, 전자 역시 파동성을 띈다. 이는 [[파동-입자 이중성]]이라고 하는 성질로, [[이중 슬릿 실험]]에 의해 쉽게 검증할 수 있다.

전자는 파동성을 가지므로 두 개의 슬릿을 동시에 통과한다. 양자 역학에서 입자의 파동성은 [[복소함수]]인 [[파동 함수]]로 기술되는데, 파동 함수를 나타낼 때에는 대부분 그리스어 알파벳 프사이(''ψ'')로 표기한다. 이 파동함수의 [[절댓값]]을 [[제곱]]하면, 입자가 그 위치에서 발견될 [[확률 밀도 함수|확률 밀도]]를 얻을 수 있다.<ref name="munowitz">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno|title=Knowing the Nature of Physical Law|last=Munowitz|first=M.|year=2005|publisher=Oxford University Press|page=[https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno/page/162 162]|isbn=978-0-19-516737-5|url-access=registration}}</ref>{{rp|162–218}}

전자들은 서로 고유 성질이 모두 동일하여 이론적으로 구분할 수 없는 [[동일 입자]] 관계이다. 이는 곧 상호작용하는 전자들이 서로 위치를 바꾸더라도 우리가 이것을 알 수 없다는 것을 의미한다. 페르미온의 파동함수는 반대칭적이라고 하는데, 이는 두 서로 상호작용중인 두 입자의 위치를 바꿀 때 파동함수의 부호가 반대로 바뀐다는 것이다. 즉 파동함수의 부호만 달라지므로, 우리가 관측 가능한 계의 물리적 상태인 [[확률 밀도 함수]]는 서로 위치를 바꾸기 전과 동일한 값을 가진다. 이런 반면, [[보손]]의 파동함수는 두 입자의 위치를 바꾸었을 때 부호마저 동일하므로 대칭적이라 한다. 반대칭적 파동함수는 그 성질상 두 입자가 같은 지점에 동시에 놓일 수 있는 확률이 0인데,<ref group="lower-alpha">두 입자가 있는 지점을 x<sub>0</sub>이라 할 때 f(x<sub>0</sub>) = -f(x<sub>0</sub>)을 만족하는 f(x<sub>0</sub>)=0이기 때문에 그렇다.</ref> 이는 [[파울리 배타 원리]]의 수학적 근거가 된다.<ref name="munowitz" />{{rp|162–218}}

=== 가상 입자 ===
{{본문|가상 입자}}조금 비약하는 감이 있지만 이해를 돕기 위해 간단히 말하자면, 모든 광자는 가상의 전자와 양전자가 쌍생성되었다가 아주 짧은 시간 후에 다시 결합하여 쌍소멸되어 발생한다.<ref>{{잡지 인용|last=Kane|first=G.|date=October 9, 2006|url=http://www.sciam.com/article.cfm?id=are-virtual-particles-rea&topicID=13|title=Are virtual particles really constantly popping in and out of existence? Or are they merely a mathematical bookkeeping device for quantum mechanics?|magazine=[[Scientific American]]|access-date=2008-09-19|df=dmy-all}}</ref> [[진공상태]]에서는 [[불확정성 원리]] Δ''E''&nbsp;·&nbsp;Δ''t''&nbsp;≥&nbsp;''ħ''로 인해 에너지가 요동치는데, 이 에너지가 질량을 가진 입자를 만들어낼 정도로 높아졌을 때 쌍생성이 발생하고 낮아지면 쌍소멸이 일어나는 것으로 해석할 수 있다. 계산하면 가상 전자는 최대 {{val|1.3|e=-21|u=s}}까지 존재할 수 있다.<ref name="taylor2">{{서적 인용|title=The New Physics|last=Taylor|first=J.|year=1989|editor=Davies, Paul|publisher=[[Cambridge University Press]]|page=464|chapter=Gauge Theories in Particle Physics|isbn=978-0-521-43831-5|chapter-url=https://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA464}}</ref>
[[파일:Virtual_pairs_near_electron.png|대체글=A sphere with a minus sign at lower left symbolizes the electron, while pairs of spheres with plus and minus signs show the virtual particles|오른쪽|섬네일|전자와 양전자 가상입자들이 서로 붙어있는 그림]]
전자-양전자가 쌍생성되면 즉각적으로 두 입자 주위로 [[전기장]]이 형성되고, 같은 종류의 입자끼리는 밀어내고 다른 종류의 입자끼리는 끌어당기는 [[정전기력]]이 작용하게 된다. 이로 인해 발생하는 현상을 [[진공편극]]이라 하는데, 물질에서밖에 존재할 수 없는 [[유전율]]이 진공에서 관측되는 이유를 제공한다.<ref name="genz2">{{서적 인용|title=Nothingness: The Science of Empty Space|url=https://archive.org/details/nothingnessscien0000henn|last=Genz|first=H.|year=2001|publisher=[[Da Capo Press]]|pages=[https://archive.org/details/nothingnessscien0000henn/page/241 241]–243, 245–247|isbn=978-0-7382-0610-3}}</ref><ref>{{뉴스 인용|url=https://www.newscientist.com/article/mg15320662.300-science--more-to-electrons-than-meets-the-eye.html|title=More to electrons than meets the eye|last=Gribbin|first=J.|date=January 25, 1997|accessdate=2008-09-17|magazine=[[New Scientist]]|df=dmy-all}}</ref> 또한 전자의 질량에 대해 [[가리움 효과]]를 만들어낸다.<ref>{{콘퍼런스 인용|last=Murayama|first=H.|date=10–17 March 2006|title=Supersymmetry Breaking Made Easy, Viable and Generic|conference=Proceedings of the XLIInd Rencontres de Moriond on Electroweak Interactions and Unified Theories|place=La Thuile, Italy|arxiv=0709.3041|bibcode=2007arXiv0709.3041M}} — lists a 9% mass difference for an electron that is the size of the [[Planck length|Planck distance]].</ref> 진공편극은 1997년에 일본의 가속기 [[KEKB|TRISTAN]]에서 실험적으로 검증되었다.<ref>{{저널 인용|title=Measurement of the Electromagnetic Coupling at Large Momentum Transfer|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Levine|first1=I.|year=1997|volume=78|issue=3|pages=424–427|bibcode=1997PhRvL..78..424L|doi=10.1103/PhysRevLett.78.424|display-authors=etal}}</ref>

전자의 자기모멘트가 [[보어 마그네톤]]값에서 0.1%정도의 편차를 가지는 현상인 [[이상자기모멘트]] 역시 가상입자와의 상호작용으로 설명된다.<ref name="Hanneke3">{{저널 인용|title=New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Odom|first1=B.|year=2006|volume=97|issue=3|pages=030801|bibcode=2006PhRvL..97c0801O|doi=10.1103/PhysRevLett.97.030801|pmid=16907490|display-authors=etal}}</ref><ref>{{저널 인용|title=On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron|url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1948-02-15_73_4/page/n144|journal=[[Physical Review]]|last=Schwinger|first=J.|year=1948|volume=73|issue=4|pages=416–417|bibcode=1948PhRv...73..416S|doi=10.1103/PhysRev.73.416|doi-access=free}}</ref> 이론물리학자들이 계산을 통해 이 편차를 굉장히 높은 정확도로 설명해낸 것은 [[양자 전기역학]]의 가장 위대한 성취들 중 하나로 인정받고 있다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=q-CIFHpHxfEC&pg=PA123|title=Fundamental Forces of Nature: The Story of Gauge Fields|last=Huang|first=K.|year=2007|publisher=[[World Scientific]]|pages=123–125|isbn=978-981-270-645-4}}</ref>

고유각운동량과 자기모멘트를 가질 수 없다는 [[고전물리학]]상의 모순점은 전자로 인해 형성된 전기장속에 가상 광자를 도입함으로써 설명된다. 이 광자는 전자가 굉장히 빠르게 진동하는 [[치터베베궁]]이라는 현상을 만들어내고,<ref>{{저널 인용|title=On the Dirac Theory of Spin 1/2 Particles and Its Non-Relativistic Limit|url=https://archive.org/details/sim_physical-review_1950-04-01_78_1/page/n27|journal=[[Physical Review]]|last1=Foldy|first1=L.L.|last2=Wouthuysen|first2=S.|year=1950|volume=78|issue=1|pages=29–36|bibcode=1950PhRv...78...29F|doi=10.1103/PhysRev.78.29}}</ref> 결국 전자로 하여금 [[세차 운동]]이 있는 원운동을 하게 하여 스핀과 자기모멘트를 만들어내는 것이다.<ref name="curtis742">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=KmwCsuvxClAC&pg=PA74|title=Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach|last=Curtis|first=L.J.|year=2003|publisher=Cambridge University Press|page=74|isbn=978-0-521-53635-6}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Revisiting Zitterbewegung|journal=[[International Journal of Theoretical Physics]]|last=Sidharth|first=B.G.|year=2009|volume=48|issue=2|pages=497–506|arxiv=0806.0985|bibcode=2009IJTP...48..497S|doi=10.1007/s10773-008-9825-8|s2cid=17640844}}</ref> 원자 스케일에서는 가상 광자를 통해 [[램 이동]]을 설명할 수 있다.<ref name="genz2" /> 콤프턴 파장을 관찰해보면 불안정한 에너지로 인해 가상광자가 전자 주위에서 생성되었음을 확인할 수 있다. 램 이동은 또한 가상 입자가 근거리에서 정적으로 존재함을 암시한다.

=== 상호작용 ===
전자는 전기장을 형성하고, 이 전기장 내에서 전하를 띈 물질들은 상대론적 효과를 배제한다면 [[쿨롱 법칙]]에 의해 상호작용한다.<ref name="Griffiths1998">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/introductiontoel00grif_0|title=Introduction to Electrodynamics|last=Griffiths|first=David J.|year=1998|edition=3rd|publisher=Prentice Hall|isbn=978-0-13-805326-0}}</ref>{{rp|pages=58–61}} 전자가 움직이는 경우에는 상대론적 효과로 인해 [[자기장]]이 만들어지는데,<ref name="munowitz2">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno|title=Knowing the Nature of Physical Law|last=Munowitz|first=M.|year=2005|publisher=Oxford University Press|page=[https://archive.org/details/knowingnatureofp0000muno/page/162 162]|isbn=978-0-19-516737-5|url-access=registration}}</ref>{{rp|page=140}} 전자의 움직임인 [[전류]]와 자기장의 관계식은 [[앙페르 회로 법칙]]에서 잘 규명된다. 이처럼 전기는 자기를, 자기는 전기를 유도할 수 있으며 이러한 현상을 [[전자기 유도]]라 하는데, [[전동기]]는 이 법칙을 응용한 대표적인 발명품이다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=s9QWZNfnz1oC&pg=PT129|title=Electricity and Magnetism|last=Crowell|first=B.|year=2000|publisher=[[Light and Matter]]|pages=129–152|isbn=978-0-9704670-4-1}}</ref> 전자가 아광속으로 움직일 때 발생하는 [[상대론]]적 전자기장은 [[리에나르-비헤르트 퍼텐셜]]에서 잘 묘사된다.<ref name="Griffiths1998" />{{rp|pages=429–434}}
[[파일:Lorentz_force.svg|대체글=A graph with arcs showing the motion of charged particles|오른쪽|섬네일|전하 q를 가진 입자가 v의 속도로, 모니터 안 방향으로 형성된 B만큼의 자기장에 왼쪽에서부터 들어갈 때 전하의 움직임을 그린 그림이다.]]
전자가 자기장의 영향권에 들어가면 [[로런츠 힘]]이 전자의 이동방향에 수직으로 작용하기 시작한다. 로런츠 힘이 [[구심력]]으로 작용하기 때문에 전자는 [[회전 반지름]]의 [[나선]] 궤도를 그리며 운동한다. 등속 원운동이 가속운동이기 때문에 전자는 빛을 방출하는 [[싱크로트론 방사]]라 불리는 현상을 보인다.<ref>{{저널 인용|title=Harmony in Electrons: Cyclotron and Synchrotron Emission by Thermal Electrons in a Magnetic Field|journal=[[The Astrophysical Journal]]|last1=Mahadevan|first1=R.|last2=Narayan|first2=R.|year=1996|volume=465|pages=327–337|arxiv=astro-ph/9601073|bibcode=1996ApJ...465..327M|doi=10.1086/177422|last3=Yi|first3=I.|s2cid=16324613}}</ref>{{efn|전자의 비상대론적 움직임으로부터 나타나는 빛의 방사는 [[사이클로트론 방사]]라고도 부른다.}}<ref name="munowitz2" />{{rp|page=160}} 이 때 에너지가 빠져나가기 때문에 [[아브라함 로런츠 힘]]을 받아 전자의 이동속도가 감소한다. 이를 방사 반작용이라고도 한다.<ref>{{저널 인용|title=The Self-Force and Radiation Reaction|journal=[[American Journal of Physics]]|last=Rohrlich|first=F.|year=1999|volume=68|issue=12|pages=1109–1112|bibcode=2000AmJPh..68.1109R|doi=10.1119/1.1286430}}</ref>
[[파일:Bremsstrahlung.svg|대체글=A curve shows the motion of the electron, a red dot shows the nucleus, and a wiggly line the emitted photon|왼쪽|섬네일|전자 e가 원자핵에 의해 굴절되면서 감소한 에너지 E<sub>2</sub>&nbsp;−&nbsp;E<sub>1</sub> 만큼 주파수 f의 제동복사가 발생한다.]]
[[양자 전기역학]]에 의하면 전자기적 상호작용은 두 입자가 광자를 교환하면서 발생한다. 주변에 아무것도 없이 혼자서 등속운동만 하는 전자가 [[에너지 보존 법칙]]이나 [[운동량 보존 법칙]]을 어겨가면서 광자를 흡수하거나 방출할 수는 없는 노릇이다. 그런데 주변에 전하를 띈 물체가 놓이게 되면, 가상 전자가 두 물체 사이에서 운동량을 서로 교환해주고, 이에 따라 쿨롱힘이 발생한다.<ref>{{서적 인용|title=The New Physics|last=Georgi|first=H.|year=1989|editor=Davies, Paul|publisher=Cambridge University Press|page=427|chapter=Grand Unified Theories|isbn=978-0-521-43831-5|chapter-url=https://books.google.com/books?id=akb2FpZSGnMC&pg=PA427}}</ref> 이처럼 쿨롱힘에 의해 궤적이 굴절될 때에도 전자는 빛을 방출하는 [[제동 복사]]라는 현상을 보인다.<ref>{{저널 인용|title=Bremsstrahlung, Synchrotron Radiation, and Compton Scattering of High-Energy Electrons Traversing Dilute Gases|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|last1=Blumenthal|first1=G.J.|last2=Gould|first2=R.|year=1970|volume=42|issue=2|pages=237–270|bibcode=1970RvMP...42..237B|doi=10.1103/RevModPhys.42.237}}</ref>

광자와 자유전자가 비탄성적 충돌을 할 때에 [[콤프턴 산란]]이 발생한다. 이 때 광자의 운동량과 에너지가 전자에 전달되어 산란된 빛의 파장은 산란각에 따라 늘어나는데,{{efn|두 빛의 파장차이를 Δλ라 할 때, 산란각 θ과 다음과 관계식을 가진다.
:<math>\textstyle \Delta \lambda = \frac{h}{m_{\mathrm{e}}c} (1 - \cos \theta),</math>
여기서 c는 진공의 광속을, m<sub>e</sub>는 전자의 질량을 의미한다.<ref name=Zombeck2007/>{{rp|page=393, 396}}}} 그 최대치는 {{val|2.43|u=pm}}로 [[콤프턴 파장]]이라고도 불린다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1927/|title=The Nobel Prize in Physics 1927|year=2008|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-09-28|df=dmy-all}}</ref><ref name="CODATA2">The original source for CODATA is {{저널 인용|title=CODATA recommended values of the fundamental physical constants|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|last1=Mohr|first1=P.J.|last2=Taylor|first2=B.N.|year=2008|volume=80|issue=2|pages=633–730|arxiv=0801.0028|bibcode=2008RvMP...80..633M|doi=10.1103/RevModPhys.80.633|last3=Newell|first3=D.B.|citeseerx=10.1.1.150.1225}}

: Individual physical constants from the CODATA are available at: {{웹 인용|url=http://physics.nist.gov/cuu/|title=The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|accessdate=2009-01-15}}</ref> [[가시광선]]처럼 빛의 파장이 마이크로미터 단위를 가진다면 이처럼 작은 차이는 무시될 수 있다. 이처럼 장파장과 전자 사이의 상호작용은 [[톰슨 산란]]이라는 별개의 원리로 따로 설명한다.<ref name="Chen1998">{{저널 인용|title=Experimental observation of relativistic nonlinear Thomson scattering|journal=[[네이처|Nature]]|last1=Chen|first1=S.-Y.|last2=Maksimchuk|first2=A.|year=1998|volume=396|issue=6712|pages=653–655|arxiv=physics/9810036|bibcode=1998Natur.396..653C|doi=10.1038/25303|last3=Umstadter|first3=D.|s2cid=16080209}}</ref>

두 입자사이의 전자기력은 [[미세 구조 상수]]라는 이름의 상수로 설명된다. 두 입자 사이의 정전기적 에너지와, 전자 자체의 [[정지에너지]] 사이의 비율도 이와 같은 값을 가지는데, 계산하면 대략 {{sfrac|1|137}}이다.<ref name="CODATA2" />

전자와 양전자가 충돌하면 [[쌍소멸]]하며 여러 개의 광자를 [[감마선]]의 형식으로 방출한다. 만일 전자와 양전자가 거의 정지한 상태였다고 한다면 [[포지트로늄]]을 일시적으로 형성한 후에 2~3개의 광자를 감마선의 형출로 방사하는데 이 때 방출되는 에너지는 다 합치면 {{val|1.022|u=MeV}}정도 된다.<ref>{{저널 인용|title=The Angular Distribution of Positron Annihilation Radiation|journal=[[Physical Review]]|last1=Beringer|first1=R.|last2=Montgomery|first2=C.G.|year=1942|volume=61|issue=5–6|pages=222–224|bibcode=1942PhRv...61..222B|doi=10.1103/PhysRev.61.222}}</ref><ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/collegephysicsvo00jerr/page/888|title=College Physics|last=Buffa|first=A.|year=2000|edition=4th|publisher=Prentice Hall|page=888|isbn=978-0-13-082444-8}}</ref> 반면 고에너지 광자가 [[원자핵]] 등 전하를 띈 물질에 주사될 때 [[쌍생성]]이 관찰된다.<ref>{{저널 인용|title=Electron–positron pair production in relativistic ion–atom collisions|journal=[[Physics Letters A]]|last=Eichler|first=J.|year=2005|volume=347|issue=1–3|pages=67–72|bibcode=2005PhLA..347...67E|doi=10.1016/j.physleta.2005.06.105}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Electron positron pair production by photons: A historical overview|journal=[[Radiation Physics and Chemistry]]|last=Hubbell|first=J.H.|url=https://zenodo.org/record/1259327|year=2006|volume=75|issue=6|pages=614–623|bibcode=2006RaPC...75..614H|doi=10.1016/j.radphyschem.2005.10.008}}</ref>

[[약한 상호작용]]에 대한 이론에서 전자의 파동함수중 [[카이랄성 (물리학)|왼손]]형은 [[약한 아이소스핀]]에서 [[전자 중성미자]]와 이중항을 이루는데, 이는 전자 중성미자가 전자와 동일하게 약한 상호작용을 한다는 뜻이다. 또한 이 둘은 [[W 보손]]을 방출하거나 흡수하면서 [[전하 흐름]]을 통해 다른 입자로 변환된다. W 보손이 전하를 날라주기 때문에 이 때 전하량의 변화는 발생하지 않는다. 전하 흐름은 [[방사성 동위 원소]]의 [[베타 붕괴]]와도 관련이 있다. 전자와 전자 중성미자는 모두 {{SubatomicParticle|Z 보손0|link=yes}}를 교환함으로써 [[중성 흐름]]에 참여하고, 이로 인해 중성미자와 전자는 서로 [[탄성 산란]]된다.<ref name="quigg">{{콘퍼런스 인용|last=Quigg|first=C.|title=The Electroweak Theory|page=80|conference=TASI 2000: Flavor Physics for the Millennium|date=4–30 June 2000|place=Boulder, Colorado|arxiv=hep-ph/0204104|bibcode=2002hep.ph....4104Q}}</ref>

=== 원자와 분자 ===
{{본문|원자}}
[[파일:Hydrogen_Density_Plots.png|대체글=A table of five rows and five columns, with each cell portraying a color-coded probability density|오른쪽|섬네일|수소 원자 오비탈의 확률밀도를 색으로 표현했다.]]
전자는 쿨롱힘에 의해 양전하를 띄는 물질에 구속될 수 있다. 한 개 이상의 전자가 원자핵에 구속된 구조를 원자라 한다. 만일 전자의 갯수가 원자핵의 [[양성자]] 갯수보다 많거나 적어지면 원자 자체가 전하를 띄게 되는데, 이를 [[이온]]이라 한다. 구속된 전자의 파동성으로 인해 전자는 [[원자 오비탈]]이라 불리는 특수한 분포를 가진다. 각각의 오비탈은 에너지, 각운동량 등이 양자화되어 있으며 그 값은 [[파울리 배타 원리]]로 인해 서로 다를 수 밖에 없다. 이에 따라 각각의 오비탈은 고유의 양자수를 통해 서로 구분된다. 또한 하나의 오비탈에는 두 개의 전자가 들어가는데 이 둘은 각자 [[스핀 양자수]]로 구분된다.

전자는 광자를 방출하거나 흡수하면서 오비탈 사이를 이동할 수 있으며,<ref name="Tipler2003">{{서적 인용|title=Modern Physics|url=https://archive.org/details/modernphysics0000tipl|last1=Tipler|first1=Paul|last2=Llewellyn|first2=Ralph|year=2003|edition=illustrated|publisher=Macmillan|isbn=9780716743453}}</ref>{{rp|159–160}} 이외에도 다른 입자와의 충돌로 인해 [[오제 효과]]가 나타날 수 있다.<ref>{{서적 인용|title=The Auger Effect and Other Radiationless Transitions|last=Burhop|first=E.H.S.|authorlink=Eric Burhop|year=1952|publisher=Cambridge University Press|pages=2–3|isbn=978-0-88275-966-1}}</ref> 원자를 탈출하기 위해 전자는 [[이온화 에너지]]만큼의 에너지를 필요로 한다. 이처럼 전자가 원자의 구속으로부터 탈출하는 대표적인 현상이 바로 [[광전 효과]]이다.<ref name="Tipler2003" />{{rp|127–132}}

오비탈에 있는 전자들의 각운동량은 [[양자화 (물리학)|양자화]]되어있으며, 전자에 전하가 있기 때문에 이런 각운동량의 양자화는 [[자기 모멘트]]의 양자화로 귀결된다. 원자는 모든 전자와 원자핵의 궤도 자기 모멘트와 [[스핀 자기 모멘트]]를 합친 만큼의 총 자기 모멘트를 가지는데, 원자핵의 자기 모멘트는 전자의 자기모멘트에 비해 무시할 수 있을 만큼 작은 값을 가진다. 만일 한 오비탈에 두 개의 전자가 들어있는 경우에는 두 전자가 서로 반대 방향의 스핀을 가지기 때문에 그 자기모멘트들이 서로 상쇄된다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=axyWXjsdorMC&pg=PA280|title=Introduction to Magnetism and Magnetic Materials|last=Jiles|first=D.|year=1998|publisher=[[CRC Press]]|pages=280–287|isbn=978-0-412-79860-3}}</ref>

원자간 [[화학 결합]] 역시 전자기적 상호작용의 결과물로 [[양자역학]]으로 설명할 수 있다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=8QiR8lCX_qcC&pg=PA393|title=Fundamental World of Quantum Chemistry: A Tribute to the Memory of Per-Olov Löwdin|last1=Löwdin|first1=P.O.|last2=Erkki Brändas|first2=E.|year=2003|publisher=[[Springer Science+Business Media]]|pages=393–394|isbn=978-1-4020-1290-7|last3=Kryachko|first3=E.S.}}</ref> 원자들은 전자를 [[공유 결합|공유]]함으로써 강하게 맞물린 형태의 [[분자]]라는 구조를 만들어낸다.<ref name="Pauling2">{{서적 인용|url=https://archive.org/details/natureofchemical0000paul_3ed/page/4|title=The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: an introduction to modern structural chemistry|last=Pauling|first=L.C.|year=1960|edition=3rd|publisher=Cornell University Press|pages=4–10|isbn=978-0-8014-0333-0|url-access=registration}}</ref> 분자 내부에서 전자는 여러개의 원자핵과 상호작용하여 [[분자 오비탈]]을 만들어낸다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=f-bje0-DEYUC&pg=PA325|title=Physical Chemistry: A Molecular Approach|last1=McQuarrie|first1=D.A.|last2=Simon|first2=J.D.|year=1997|publisher=[[University Science Books]]|pages=325–361|isbn=978-0-935702-99-6}}</ref> 원자 오비탈과 마찬가지로 분자 오비탈에서도 [[전자쌍]]이 중요한 역할을 한다. 전자쌍은 서로 다른 스핀을 가진 전자가 하나의 오비탈을 차지하는 것을 의미하는데, 이 때 스핀이 서로 다르기 때문에 파울리 배타 원리를 동시에 만족시킬 수 있다. 두 원자 사이의 결합에 직접적으로 관여하는 오비탈은 그 확률분포가 두 원자핵 사이의 좁은 구간에 밀집된 양상을 보이며, 결합에 참여하지 않는 오비탈의 경우는 분자 전체에서 고루 퍼져있는 확률분포를 보인다.<ref>{{저널 인용|title=The Electron Pair in Chemistry|journal=[[Canadian Journal of Chemistry]]|last=Daudel|first=R.|year=1974|volume=52|issue=8|pages=1310–1320|doi=10.1139/v74-201|display-authors=etal}}</ref>

=== 전도율 ===
[[파일:Lightning_over_Oradea_Romania_cropped.jpg|대체글=Four bolts of lightning strike the ground|오른쪽|섬네일|[[번개]]는 전자의 흐름으로 이루어져 있다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=TuMa5lAa3RAC&pg=PA4|title=Lightning: Physics and Effects|last1=Rakov|first1=V.A.|last2=Uman|first2=M.A.|year=2007|publisher=Cambridge University Press|page=4|isbn=978-0-521-03541-5}}</ref> [[마찰전기]]로 인한 하늘과 땅의 전위차로 인해 발생한다.<ref>{{저널 인용|title=Triboelectricity and some associated phenomena|url=https://archive.org/details/sim_materials-science-and-technology_1999-12_15_12/page/1454|journal=[[Materials Science and Technology (journal)|Materials Science and Technology]]|last1=Freeman|first1=G.R.|last2=March|first2=N.H.|year=1999|volume=15|issue=12|pages=1454–1458|doi=10.1179/026708399101505464}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Methodology for studying particle–particle triboelectrification in granular materials|journal=[[Journal of Electrostatics]]|last1=Forward|first1=K.M.|last2=Lacks|first2=D.J.|year=2009|volume=67|issue=2–3|pages=178–183|doi=10.1016/j.elstat.2008.12.002|last3=Sankaran|first3=R.M.}}</ref>]]
만일 어떤 사물이 가지고 있는 원자핵들의 총 전하량보다 전자의 수가 많거나 적어지면 그 사물은 전하를 띄게 된다. 전자가 더 많을 경우는 음으로 대전되었다 하고, 전자가 더 적은 경우는 양으로 대전되었다 한다. 만일 전자의 갯수와 양성자의 갯수가 완전히 동일하다면 그 사물은 중성상태라고 한다. 사물을 수건 등으로 문지르면 [[마찰전기]]가 발생해 대전된다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/discoveryofsubat00wein_0/page/15|title=The Discovery of Subatomic Particles|last=Weinberg|first=S.|year=2003|publisher=Cambridge University Press|pages=15–16|isbn=978-0-521-82351-7|url-access=registration}}</ref>

원자핵에 구속되어있지 않고 진공에서 자유롭게 움직이는 전자들은 자유전자라 하는데, 금속에 있는 전자들도 자유롭게 움직이기 때문에 자유전자라 불린다. 실제로 금속이나 일부 고체에 있는 전자들은 다른 상태의 전자들과 여러 물리화학적 성질은 같지만 유효질량은 다르다고 해서 [[준입자]]의 일종인 준전자로 간주된다.<ref name="Liang-fu Lou">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=XMv-vfsoRF8C&pg=PA162|title=Introduction to phonons and electrons|last=Lou|first=L.-F.|year=2003|publisher=[[World Scientific]]|pages=162, 164|bibcode=2003ipe..book.....L|isbn=978-981-238-461-4}}</ref> 자유전자들이 일정한 방향성을 가지고 움직일 때 발생하는 전하 [[네트워크 흐름|흐름]]을 [[전류]]라 하고, 전류가 발생할 때에는 상대론적 효과로 인해 자기장도 같이 생성된다. 전기와 자기는 상보적 관계여서 자기장의 변화가 전류를 만들어낼 수도 있는데, 둘 사이의 수학적 관계는 [[맥스웰 방정식]]으로 설명된다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=b2f8rCngSuAC&pg=PA138|title=Electromagnetic Field Theory|last1=Guru|first1=B.S.|last2=Hızıroğlu|first2=H.R.|year=2004|publisher=Cambridge University Press|pages=138, 276|isbn=978-0-521-83016-4}}{{깨진 링크|url=https://books.google.com/books?id=b2f8rCngSuAC&pg=PA138 }}</ref>

금속에 [[전압]]을 가했을 때 얼마나 전류가 잘 흐르는지에 대한 변수로 [[전기전도율]]이 있다. 구리나 금 등의 도체는 전기가 잘 통하지만 유리나 [[테플론]] 등의 부도체에서는 전기가 거의 통하지 않는 이유도 전도율에 차이가 있기 때문이다. 원자에 전자가 단단히 매여있는 부도체들은 [[유전체 (물리학)|유전체]]로 사용할 수도 있다. 대부분의 [[반도체]]들은 도체와 부도체 사이의 전도율을 가진다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=REQkwBF4cVoC&pg=PA49|title=Fundamentals of Semiconductor Devices|last1=Achuthan|first1=M.K.|last2=Bhat|first2=K.N.|year=2007|publisher=[[Tata McGraw-Hill]]|pages=49–67|isbn=978-0-07-061220-4}}</ref> 반면 [[금속]]은 [[띠구조]]를 가져서 전자들이 특정 원자의 구속에 영향을 받지 않아 마치 자유전자나 [[비편재화된 전자]]처럼 존재하기 때문에 전기장을 걸어주면 마치 기체처럼 움직이는 현상을 관찰할 수 있다. 이를 [[페르미 기체]]라 한다.<ref name="ziman">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=UtEy63pjngsC&pg=PA260|title=Electrons and Phonons: The Theory of Transport Phenomena in Solids|last=Ziman|first=J.M.|year=2001|publisher=Oxford University Press|page=260|isbn=978-0-19-850779-6}}</ref>

그러나 실제로 금속 내부에는 원자핵이 있기 때문에 전자들은 원자핵과 자꾸 충돌을 일으킬 수 밖에 없고, 전자는 끝없이 가속되는 대신 초속 수밀리미터의 [[유동속도]]로 이동하게 된다. 그러나 실제로는 스위치를 누르면 거의 동시에 전등에 불이 들어온다. 이처럼 도체의 어느 한 부분에서 전류가 바뀌면 그 정보가 도체를 타고 다른 부분으로 전파되는 속도는 전자의 실제 이동속도보다 훨씬 빨라서 광속의 75%에 달한다.<ref>{{저널 인용|title=When electrons go with the flow: Remove the obstacles that create electrical resistance, and you get ballistic electrons and a quantum surprise|journal=[[New Scientist]]|last=Main|first=P.|url=https://www.newscientist.com/article/mg13818774.500-when-electrons-go-with-the-flow-remove-the-obstacles-thatcreate-electrical-resistance-and-you-get-ballistic-electrons-and-a-quantumsurprise.html|date=June 12, 1993|volume=1887|page=30|accessdate=2008-10-09|df=dmy-all}}</ref> 이는 전류의 정보가 도체를 타고 파동의 형태로 전달되기 때문에 발생하는 현상이다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=D0PBG53PQlUC&pg=SA6-PA39|title=The Electronic Packaging Handbook|last=Blackwell|first=G.R.|year=2000|publisher=[[CRC Press]]|pages=6.39–6.40|isbn=978-0-8493-8591-9}}</ref>

금속의 전기전도율은 온도에 반비례한다. 열이 가해지면 금속의 격자구조가 불안정해지는데, 이는 [[비저항]]을 증가시키는 결과를 부른다.<ref name="durrant">{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=F0JmHRkJHiUC&pg=PA43|title=Quantum Physics of Matter: The Physical World|last=Durrant|first=A.|year=2000|publisher=CRC Press|pages=43, 71–78|isbn=978-0-7503-0721-5}}</ref> 금속은 열전도율도 높은데, 이는 비편재화된 전자들이 원자 사이를 오가며 열에너지를 빠르게 전달해주기 때문이다. 그러나 전기전도율과는 달리 열전도율은 온도와 크게 관련이 없다. [[열전도율]]과 전기전도율의 비는 [[비데만-프란츠의 법칙]]으로 기술할 수 있다.<ref name="ziman" />

만일 물질이 [[임계점 (열역학)|임계점]]보다 차갑게 냉각되면 저항이 사라지는 [[초전도 현상]]이 나타난다. [[BCS 이론]]에 의하면 초저온의 상태에서는 전자들이 [[포논]]이라 하는 [[결정 구조|결정 격자]]의 진동을 매개로 상호작용하여 [[쿠퍼쌍]]을 형성한다. 이 때 전자들은 원자핵과 충돌하지 않을 수 있어 충돌의 결과인 전기저항이 발생하지 않는 것이다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1972/|title=The Nobel Prize in Physics 1972|year=2008|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-10-13|df=dmy-all}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Spatial Structure of the Cooper Pair|journal=[[Journal of Superconductivity and Novel Magnetism]]|last=Kadin|first=A.M.|year=2007|volume=20|issue=4|pages=285–292|arxiv=cond-mat/0510279|doi=10.1007/s10948-006-0198-z|s2cid=54948290}}</ref> 그러나 BCS 이론은 [[고온 초전도체]]의 원리는 설명하지 못한다.

도체 내부의 전자들은 [[절대 영도]]에 근접한 초저온 상태에서 속박되어 [[스피논]], [[오비톤]], [[홀론 (물리학)|홀론]]이라는 별개의 준입자로 간주된다.<ref>{{웹 인용|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090730141607.htm|title=Discovery about behavior of building block of nature could lead to computer revolution|date=July 31, 2009|website=[[Science Daily|ScienceDaily]]|accessdate=2009-08-01|df=dmy-all}}</ref><ref>{{저널 인용|title=Probing Spin-Charge Separation in a Tomonaga-Luttinger Liquid|journal=[[사이언스|Science]]|last1=Jompol|first1=Y.|year=2009|volume=325|issue=5940|pages=597–601|arxiv=1002.2782|bibcode=2009Sci...325..597J|doi=10.1126/science.1171769|pmid=19644117|display-authors=etal|s2cid=206193}}</ref> 스피논은 스핀과 자기모멘트를, 오비톤은 전자의 공간적 형태인 오비탈 자유도를, 홀론은 전하를 나타내는 준입자이다.

=== 화학적 성질 ===
[[화학]]에서는 주로 [[원자가전자]]에 대해 주목하는데, 그 이유는 전자가 원자의 성질을 결정하는 데 중요하기 때문이다. 원자가전자가 1개이면 [[알칼리 금속]]으로 [[양이온]]이 되며 특히 [[할로젠 원소]]와 격렬히 반응한다. 원자의 최외각전자가 8개이면 [[단원자 분자]] 형태로 존재하고 [[비활성 기체]]로서 반응을 거의 안 하는데 그 이유는 [[옥텟 법칙]]에 따라 최외각 전자가 8개일 때 원자가 가장 안정하기 때문이다.

=== 운동과 에너지 ===
[[아인슈타인]]의 [[특수 상대성이론]]에 따르면 전자의 속력이 [[빛의 속력]]에 근접할 때 관찰자가 볼때 그 [[상대론적 질량]]이 증가하게 되고, 이에 따라 점점 더 가속에 필요한 힘과 에너지가 많아진다. 전자가 실제로 진공에서 빛의 속력에 도달할 수는 없다. 그러나 물과 같은 매질 안에서 빛의 속도는 현저하게 느려지게 되고, 이런 경우에 전자는 그 매질에서 빛의 속력보다 더 빠르게 움직이는 경우도 종종 발생한다. 이 때 전자는 매질과 상호작용하여 빛을 방사하게 되는데 이를 [[체렌코프 효과]]라 한다.<ref>{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1958/|title=The Nobel Prize in Physics 1958, for the discovery and the interpretation of the Cherenkov effect|year=2008|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|accessdate=2008-09-25|df=dmy-all}}</ref>

전자의 상대론적 운동에너지 K<sub>e</sub>는 다음과 같다.
[[파일:Lorentz_factor.svg|대체글=The plot starts at zero and curves sharply upward toward the right|오른쪽|섬네일|입자의 속력에 대한 로런츠 인자의 변화. 1에서 시작해서 속력이 광속에 근접하면 무한대로 발산한다.]]

: <math>\displaystyle K_{\mathrm{e}} = (\gamma - 1)m_{\mathrm{e}} c^2</math>

여기서 <math>\scriptstyle\gamma=1/ \sqrt{ 1-{v^2}/{c^2} }</math>는 [[로런츠 인자]]를, v는 전자의 속력을, m<sub>e</sub>는 전자의 질량을 나타낸다. 전자는 파동성도 지니기 때문에, 드브로이의 [[물질파]] 공식을 적용하면 그 파장을 구할 수 있다.<ref name="de_broglie">{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1929/broglie-lecture.pdf|title=Nobel Lecture: The Wave Nature of the Electron|last=de Broglie|first=L.|year=1929|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-08-30|df=dmy-all}}</ref> [[스탠퍼드 선형 가속기 센터|스탠퍼드 선형 가속기]]는 전자를 {{Val|51|u=GeV}}까지 가속시킬 수 있는데,<ref>{{웹 인용|url=http://www2.slac.stanford.edu/vvc/theory/relativity.html|title=Special Relativity|date=August 26, 2008|publisher=[[SLAC National Accelerator Laboratory|Stanford Linear Accelerator Center]]|accessdate=2008-09-25|df=dmy-all|archive-date=2008-08-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20080828113927/http://www2.slac.stanford.edu/VVC/theory/relativity.html|url-status=}}</ref> 이 경우 전자의 파장은 대략 {{val|2.4|e=-17|u=m}}까지 작아진다. 전자의 크기가 원자핵보다 작아지면 그 구조를 탐구하는게 훨씬 수월해진다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=yIsMaQblCisC&pg=PA215|title=Frontiers: Twentieth Century Physics|last=Adams|first=S.|year=2000|publisher=[[CRC Press]]|page=215|isbn=978-0-7484-0840-5}}</ref>

== 형성 ==
[[파일:Pair_production.png|대체글=A photon approaches the nucleus from the left, with the resulting electron and positron moving off to the right|오른쪽|섬네일|전자와 양전자가 [[쌍생성]]되는 모습. 광자가 원자핵에 가까이 지나갈 때 이 광자는 원자핵과 가상 광자(번개모양)을 교환하며 상호작용한다. 이에 따라 전자와 양전자가 아주 작은 각도를 사이에 두고 쌍생성된다.<ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=lktADwAAQBAJ&pg=PA79|title=Selected Exercises in Particle and Nuclear Physics|last1=Bianchini|first1=Lorenzo|year=2017|publisher=Springer|page=79|isbn=978-3-319-70494-4}}</ref>]]
우주의 발생에 대해 가장 널리 인정받는 이론은 [[대폭발]]이론이다.<ref>{{서적 인용|url=https://archive.org/details/originsoflifet00paul/page/2|title=The Origins of Life and the Universe|last=Lurquin|first=P.F.|year=2003|publisher=Columbia University Press|page=2|isbn=978-0-231-12655-7|url-access=registration}}</ref> 대폭발이 일어난 후 1 밀리초가 흘렀을 때 우주의 온도는 10억 [[켈빈]]에 달하고, 광자들의 평균 에너지는 100만 [[전자볼트]]에 이른다. 광자는 서로 충돌하여 전자와 양전자를 생성할 수 있는데, 이를 도식으로 나타내면 다음과 같다.

: {{SubatomicParticle|photon|link=yes}} + {{SubatomicParticle|photon}} ↔ {{SubatomicParticle|positron|link=yes}} + {{SubatomicParticle|electron}}

이처럼 광자의 충돌에 의해 전자와 양전자가 쌍생성되고, 전자와 양전자는 다시 쌍소멸하며 광자를 방출하는 입자의 순환이 우주 초기에는 아주 활발하게 이루어졌을 것이다. 그러나 우주 생성 이후 15초가 지나면 온도는 급격하게 떨어져 광자들은 더 이상 전자와 양전자를 만들어낼 정도로 높은 에너지를 가지지 못하게 된다.<ref>{{서적 인용|title=The Big Bang: The Creation and Evolution of the Universe|last=Silk|first=J.|year=2000|edition=3rd|publisher=Macmillan|pages=110–112, 134–137|isbn=978-0-8050-7256-3}}</ref>

결국 초기에 만들어진 전자와 양전자, 입자와 반입자들은 다시 쌍소멸하며 감마선을 방출했을 것이다. 그러나 현재 우주를 보면 물질이 반물질에 비해 압도적으로 많이 존재하는데, 입자가 반입자에 비해 더 많이 살아남게 된 이유에 대해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 이를 [[중입자 비대칭]] 문제라 한다.<ref>{{저널 인용|title=The Development of Baryon Asymmetry in the Early Universe|journal=[[Physics Letters B]]|last1=Kolb|first1=E.W.|last2=Wolfram|first2=Stephen|url=https://authors.library.caltech.edu/99675/2/Development%20of%20Baryon%20Asymmetry%20in%20the%20Early%20Universe.pdf|year=1980|volume=91|issue=2|pages=217–221|bibcode=1980PhLB...91..217K|doi=10.1016/0370-2693(80)90435-9|access-date=2020-11-22|archive-date=2020-10-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20201030105942/https://authors.library.caltech.edu/99675/2/Development%20of%20Baryon%20Asymmetry%20in%20the%20Early%20Universe.pdf|url-status=}}</ref><ref>{{웹 인용|url=http://www.slac.stanford.edu/pubs/beamline/26/1/26-1-sather.pdf|title=The Mystery of Matter Asymmetry|last=Sather|first=E.|date=Spring–Summer 1996|publisher=Stanford University|accessdate=2008-11-01|periodical=[[Beam Line]]|df=dmy-all}}</ref> 남아있는 양성자와 중성자들은 곧이어 [[핵합성|하나로 뭉쳐지며]] 수소와 [[헬륨]] 동위원소가 된다. 이 때 [[리튬]]도 미량이나마 같이 생성된다. 이러한 핵합성과정은 우주 생성 이후 5분에 절정을 맞이한다.<ref>{{ArXiv 인용|last1=Burles|first1=S.|last2=Nollett|first2=K.M.|last3=Turner|first3=M.S.|year=1999|title=Big-Bang Nucleosynthesis: Linking Inner Space and Outer Space|eprint=astro-ph/9903300}}</ref> 다른 입자와 결합하지 못한 중성자들은 대략 1000초의 반감기가 지나면 [[베타 붕괴]]를 통해 양성자와 전자로 나뉜다. 이 과정을 도식으로 나타내면 다음과 같다.

: {{SubatomicParticle|Neutron|link=yes}} → {{SubatomicParticle|Proton|link=yes}} + {{SubatomicParticle|Electron}} + {{SubatomicParticle|Electron antineutrino|link=yes}}

이후 30~40만 년 동안은 우주가 너무 뜨거워서 전자의 에너지가 [[원자핵]]에 구속될 정도로 충분히 낮아지지 못한다.<ref>{{저널 인용|title=Big bang nucleosynthesis&nbsp;– Theories and observations|journal=[[Annual Review of Astronomy and Astrophysics]]|last1=Boesgaard|first1=A.M.|last2=Steigman|first2=G.|year=1985|volume=23|issue=2|pages=319–378|bibcode=1985ARA&A..23..319B|doi=10.1146/annurev.aa.23.090185.001535}}</ref> 그러나 시간이 흐르며 전자의 에너지가 점점 낮아지게 되고, 결국 대부분의 전자들은 원자핵에 [[우주의 역사#재결합과 암흑 시대의 종말|재결합]]하여 중성원자를 형성한다. 재결합을 통해 우주의 입자들은 전기적으로 중성을 띄게 되어 빛이 자유롭게 돌아다닐 수 있게 된다.<ref name="science5789">{{저널 인용|title=The First Stars in the Universe and Cosmic Reionization|journal=[[사이언스|Science]]|last=Barkana|first=R.|year=2006|volume=313|issue=5789|pages=931–934|arxiv=astro-ph/0608450|bibcode=2006Sci...313..931B|doi=10.1126/science.1125644|pmid=16917052|citeseerx=10.1.1.256.7276|s2cid=8702746}}</ref>

대략 백만 년이 지나면 [[항성]]이 태어나기 시작한다.<ref name="science5789" /> [[항성 핵합성]] 과정에서 다시 양전자들이 대량으로 만들어지는데, 이 양전자들은 근처의 전자들과 즉각적으로 반응해서 감마선을 내뿜고 사라진다. 그 결과 전자의 수는 점점 줄어들고 중성자의 수가 늘어나게 된다. 그러나 [[항성진화]]가 계속되며 항성의 핵에서는 [[방사성 동위원소]]들이 합성되기 시작한다. 이렇게 만들어진 동위원소들은 베타 붕괴를 통해 다시 전자를 내뿜는다.<ref>{{저널 인용|title=Synthesis of Elements in Stars|journal=[[Reviews of Modern Physics]]|last1=Burbidge|first1=E.M.|url=https://authors.library.caltech.edu/45747/1/BURrmp57.pdf|year=1957|volume=29|issue=4|pages=548–647|bibcode=1957RvMP...29..547B|doi=10.1103/RevModPhys.29.547|display-authors=etal}}</ref>
[[파일:AirShower.svg|대체글=A branching tree representing the particle production|왼쪽|섬네일|우주선과 대기권의 충돌로 인해 전자를 비롯해 여러 종류의 입자가 만들어지고 있다.]]
[[태양질량]]보다 20배 이상 무거운 항성들은 그 수명이 다하면 [[중력붕괴]]하여 [[블랙홀]]이 된다.<ref>{{저널 인용|title=Mass Limits For Black Hole Formation|journal=[[The Astrophysical Journal]]|last=Fryer|first=C.L.|year=1999|volume=522|issue=1|pages=413–418|arxiv=astro-ph/9902315|bibcode=1999ApJ...522..413F|doi=10.1086/307647|s2cid=14227409}}</ref> [[고전물리학]]에 의하면 이렇게 형성된 블랙홀은 그 중력이 너무나도 강해 [[전자기파]]마저도 [[슈바르츠실트 반지름]] 너머로 빠져나갈 수 없다. 그러나 양자역학에 의하면 블랙홀은 [[호킹 복사]]라 불리는 현상을 통해 전자기파를 방출하고 있다.

또한 [[사건의 지평선]]에서 쌍생성된 가상의 전자와 양전자들 중 우연히 사건의 지평선 너머에서 그 중 하나만 형성된 경우, 이 입자는 우주공간으로 방출될 수 있다.<ref>{{저널 인용|title=Hawking Radiation As Tunneling|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Parikh|first1=M.K.|last2=Wilczek|first2=F.|year=2000|volume=85|issue=24|pages=5042–5045|arxiv=hep-th/9907001|bibcode=2000PhRvL..85.5042P|doi=10.1103/PhysRevLett.85.5042|pmid=11102182|hdl=1874/17028|s2cid=8013726}}</ref> 그런데 이 두 입자는 원래부터 존재하던 입자가 아닌, 에너지 0의 공간에서 요동으로 인해 발생한 입자들이다. 그런데 우주공간으로 방출된 입자는 그 종류가 전자든 양전자든간에 양의 에너지를 가지게 된다. 따라서 블랙홀 내부로 삽입된 반대쪽 입자는 음의 에너지를 가지게 되고, 결국 블랙홀의 에너지 총량은 줄어들게 된다. 이를 거시적으로 보았을 때 블랙홀은 마치 입자를 방출하는 것처럼 보이게 되는 것이다. 결국 블랙홀은 점점 증발하고, 최종적으로는 폭발하게 된다.<ref>{{저널 인용|title=Black hole explosions?|journal=[[네이처|Nature]]|last=Hawking|first=S.W.|year=1974|volume=248|issue=5443|pages=30–31|bibcode=1974Natur.248...30H|doi=10.1038/248030a0|s2cid=4290107}}</ref>

이외에도 전자는 [[우주선 (물리)|우주선]]에 의해 형성된다. 우주선은 우주를 부유하는 고에너지 입자를 말하는데, 개중에는 {{val|3.0|e=20|u=eV}}에 달하는 에너지를 가지는 것도 있다.<ref>{{저널 인용|title=High-energy neutrino astronomy: the cosmic ray connection|journal=[[Reports on Progress in Physics]]|last1=Halzen|first1=F.|authorlink1=Francis Halzen|last2=Hooper|first2=D.|year=2002|volume=66|issue=7|pages=1025–1078|arxiv=astro-ph/0204527|bibcode=2002RPPh...65.1025H|doi=10.1088/0034-4885/65/7/201|s2cid=53313620}}</ref> 이들이 [[지구 대기권]]에 들어오면서 다른 양성자나 중성자와 충돌하게 되고, 여기서 나온 입자들이 연쇄적으로 충돌을 일으켜 [[파이 중간자]]를 비롯한 많은 입자들이 만들어진다.<ref>{{저널 인용|title=Terrestrial cosmic ray intensities|journal=[[IBM Journal of Research and Development]]|last=Ziegler|first=J.F.|year=1998|volume=42|issue=1|pages=117–139|bibcode=1998IBMJ...42..117Z|doi=10.1147/rd.421.0117}}</ref> 대기권 상층부에서 형성된 파이 중간자는 내려오면서 붕괴하여 [[뮤온]]으로 바뀐다. 이를 도식으로 나타내면 다음과 같다.<blockquote>{{SubatomicParticle|Pion-|link=yes}} → {{SubatomicParticle|Muon|link=yes}} + {{SubatomicParticle|Muon antineutrino|link=yes}}</blockquote>뮤온은 얼마 지나지 않아 전자나 양전자로 붕괴하는데, 전자로 붕괴하는 경우를 도식으로 나타내면 다음과 같다.<ref>{{뉴스 인용|url=https://www.newscientist.com/article/mg12717284.700-muons-pions-and-other-strange-particles-.html|title=Muons, pions and other strange particles|last=Sutton|first=C.|date=August 4, 1990|access-date=2008-08-28|magazine=[[New Scientist]]|df=dmy-all}}</ref>

: {{SubatomicParticle|Muon}} → {{SubatomicParticle|Electron}} + {{SubatomicParticle|Electron antineutrino|link=yes}} + {{SubatomicParticle|Muon neutrino|link=yes}}

== 관측 ==
[[파일:Aurore_australe_-_Aurora_australis.jpg|대체글=A swirling green glow in the night sky above snow-covered ground|오른쪽|섬네일|[[오로라]]는 대기권으로 들어오는 고에너지 전자에 의해 발생하는 대표적 현상이다.<ref>{{보도자료 인용|last=Wolpert|first=S.|date=July 24, 2008|title=Scientists solve 30&nbsp;year-old aurora borealis mystery|publisher=University of California|url=http://www.universityofcalifornia.edu/news/article/18277|url-status=dead|access-date=2008-10-11|df=dmy-all|archive-url=https://web.archive.org/web/20080817094058/http://www.universityofcalifornia.edu/news/article/18277|archive-date=August 17, 2008}}</ref>]]
전자의 관측은 주로 전자가 발산하는 에너지를 감지하는 방식으로 이루어진다. 항성의 [[코로나 (천문학)|코로나]]처럼 고에너지 환경에서 [[플라즈마]] 상태의 자유 전자들은 [[제동 복사]]의 형태로 에너지를 방출한다. 플라즈마 상태의 전자들은 마찬가지로 플라즈마 상태인 원자핵들과 함께 [[플라스마 진동]]을 일으키는데, 이 때 방출되는 전자기파를 [[전파망원경]]으로 관측할 수 있다.<ref>{{저널 인용|title=Electron Plasma Oscillations Associated with Type III Radio Bursts|journal=[[사이언스|Science]]|last1=Gurnett|first1=D.A.|last2=Anderson|first2=R.|year=1976|volume=194|issue=4270|pages=1159–1162|bibcode=1976Sci...194.1159G|doi=10.1126/science.194.4270.1159|pmid=17790910|s2cid=11401604}}</ref>

[[광자]]가 가진 에너지는 그에 비례하는 [[주파수]]로 나타난다. 원자에 구속된 전자가 두 에너지 준위 사이를 이동할 때 특정 주파수의 광자를 흡수하거나 방출하는 것이 그 까닭이다. 일례로 원자에 빛을 비추면 [[흡수 스펙트럼]]이 나타나는데, 이 때 검은색으로 흡수된 주파수의 빛이 그 원자가 가지는 전자들의 에너지 준위 차이를 의미한다. 원소나 분자마다 고유한 스펙트럼선을 가지는데 [[수소 스펙트럼 계열]]이 대표적이다. 이 스펙트럼선을 분석하는 학문을 [[분광학]]이라고 하며, 이를 통해 물질의 구성성분이나 물리적 성질을 알아낼 수 있다.<ref>{{웹 인용|url=http://physics.nist.gov/Pubs/AtSpec/|title=Atomic Spectroscopy: A compendium of basic ideas, notation, data, and formulas|last1=Martin|first1=W.C.|last2=Wiese|first2=W.L.|year=2007|publisher=[[National Institute of Standards and Technology]]|access-date=2007-01-08|df=dmy-all}}</ref><ref>{{서적 인용|url=https://books.google.com/books?id=SL1n9TuJ5YMC&pg=PA227|title=Introduction to Modern Optics|last=Fowles|first=G.R.|year=1989|publisher=[[Courier Dover]]|pages=227–233|isbn=978-0-486-65957-2}}</ref>

전자 개개의 상호작용을 분석하기 위해 연구실에서는 [[입자검출기]]라는 기계를 사용한다. 입자검출기는 에너지, 스핀, 전하 등 각 입자의 고유한 특성을 감지하여 입자의 종류를 분석하는 기능을 갖추고 있다.<ref name="grupen2">{{저널 인용|title=Physics of Particle Detection|journal=[[AIP Conference Proceedings]]|last=Grupen|first=C.|year=2000|volume=536|pages=3–34|arxiv=physics/9906063|bibcode=2000AIPC..536....3G|doi=10.1063/1.1361756|s2cid=119476972}}</ref> [[사중극자 이온트랩]]과 [[페닝트랩]]이 개발된 결과 전하를 띈 입자를 아주 작은 공간에 오랫동안 담아두는 것이 가능해졌고, 이를 통해 입자의 성질을 정확하게 측정할 수 있게 되었다. 대표적으로 페닝트랩을 사용해 전자 1개를 10달동안 붙잡아두는데 성공한 적이 있으며,<ref name="nobel19892">{{웹 인용|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1989/illpres/|title=The Nobel Prize in Physics 1989|year=2008|publisher=[[Nobel Foundation|The Nobel Foundation]]|access-date=2008-09-24|df=dmy-all}}</ref> 이를 통해 1980년대에는 전자의 자기모멘트를 소숫점 11자리까지 측정하는데 성공했다.<ref>{{저널 인용|title=The isolated Electron|journal=[[Scientific American]]|last1=Ekstrom|first1=P.|last2=Wineland|first2=David|url=http://tf.nist.gov/general/pdf/166.pdf|year=1980|volume=243|issue=2|pages=91–101|bibcode=1980SciAm.243b.104E|doi=10.1038/scientificamerican0880-104|accessdate=2008-09-24|df=dmy-all}}</ref>

2008년 2월에는 스웨덴 [[룬드 대학교]] 연구팀이 아토초 단위로 빛을 깜빡여서 전자의 움직임을 촬영하는데에 성공했다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.atto.fysik.lth.se/video/pressrelen.pdf|title=Electron filmed for the first time ever|last=Mauritsson|first=J.|publisher=[[Lund University]]|archive-url=https://web.archive.org/web/20090325194101/http://www.atto.fysik.lth.se/video/pressrelen.pdf|archive-date=March 25, 2009|access-date=2008-09-17|df=dmy-all}}</ref><ref name="Mauritsson2">{{저널 인용|title=Coherent Electron Scattering Captured by an Attosecond Quantum Stroboscope|journal=[[Physical Review Letters]]|last1=Mauritsson|first1=J.|year=2008|volume=100|issue=7|page=073003|arxiv=0708.1060|bibcode=2008PhRvL.100g3003M|doi=10.1103/PhysRevLett.100.073003|pmid=18352546|display-authors=etal|s2cid=1357534}}</ref> 고체 내에서 전자의 분포는 광전 효과를 통해 고체의 [[푸리에 변환|푸리에 공간]]에 대한 정보인 [[역격자]]를 측정하는 기술인 [[각분해광전자분광]](ARPES)을 통해 측정할 수 있다. 이 방법을 통해 전자의 [[속도]]를 측정할 수 있고, 이를 분석해서 물질 내에 전자의 산란 현상을 관측할 수 있다.<ref>{{저널 인용|title=Probing the Electronic Structure of Complex Systems by ARPES|journal=[[Physica Scripta]]|last=Damascelli|first=A.|year=2004|volume=T109|pages=61–74|arxiv=cond-mat/0307085|bibcode=2004PhST..109...61D|doi=10.1238/Physica.Topical.109a00061|s2cid=21730523}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[원자]]
* [[원자 궤도]]
* [[전자 친화도]]

== 주해 ==
{{내용주}}

== 각주 ==
{{각주|25em|refs=
<ref name="buchwald1">
{{서적 인용
 | last1 = Buchwald | first1 = J.Z.
 | last2 = Warwick | first2 = A.
 | title = Histories of the Electron: The Birth of Microphysics
 | pages = 195–203
 | publisher = [[MIT Press]] | year = 2001
 | isbn = 978-0-262-52424-7
 | url = https://books.google.com/books?id=1yqqhlIdCOoC&pg=PA195
 |ref=refBaW2001
}}</ref>

<ref name=thomson>
{{저널 인용
 | last = Thomson | first = J.J.
 | year = 1897
 | title = Cathode Rays
 | journal = [[Philosophical Magazine]]
 | volume = 44 | issue = 269 | pages = 293–316
 | doi = 10.1080/14786449708621070
 | url = http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/thomson1897.html
}}</ref>

<ref name="2014 CODATA">
{{웹 인용
 |first1=P.J. |last1=Mohr
 |first2=B.N. |last2=Taylor
 |first3=D.B. |last3=Newell
 |title=The 2014 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants
 |department=National Institute of Standards and Technology
 |publisher=U.S. Department of Commerce |place=Gaithersburg, MD
 |url=http://physics.nist.gov/constants
 |quote=This database was developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova.
}}</ref>

<ref name=CODATA2018>
{{웹 인용
 |first1=P.J. |last1=Mohr
 |first2=B.N. |last2=Taylor
 |first3=D.B. |last3=Newell
 |title=2018 CODATA recommended values
 |department=National Institute of Standards and Technology
 |publisher=U.S. Department of Commerce |place=Gaithersburg, MD
 |url=https://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html
 |quote=This database was developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova.
}}</ref>}}

== 외부 링크 ==
{{위키인용집}}
{{Wikisource1911Enc|Electron}}
{{위키공용분류|Electrons}}
* {{웹 인용|url=http://www.aip.org/history/electron/|title=The Discovery of the Electron|publisher=[[American Institute of Physics]]|department=Center for History of Physics|확인날짜=2020-11-10|archive-date=2008-03-16|archive-url=https://web.archive.org/web/20080316233916/http://www.aip.org/history/electron/|url-status=dead}}
* {{웹 인용|url=http://pdg.lbl.gov/|title=Particle Data Group|publisher=University of California}}
* {{서적 인용|url=http://physics.web.cern.ch/Physics/ParticleDetector/BriefBook/|title=The Particle Detector BriefBook|last1=Bock|first1=R.K.|last2=Vasilescu|first2=A.|year=1998|edition=14th|publisher=Springer|isbn=978-3-540-64120-9}}
* {{웹 인용|url=http://www.sixtysymbols.com/videos/electron_sphere.htm|title=Spherical Electron|last=Copeland|first=Ed|website=Sixty Symbols|publisher=[[Brady Haran]] for the [[University of Nottingham]]}}

{{기본입자}}
{{반도체}}
{{전거 통제}}

[[분류:전자| ]]
[[분류:렙톤]]
[[분류:스핀트로닉스]]
[[분류:물리학 개념]]
[[분류:전하 운반자]]
[[분류:기본 입자]]
[[분류:1897년 과학]]
[[분류:양자 전기역학]]