Laddningtillmassaförhållande

Laddningtillmassaförhållande, eller kallas ofta laddning/massa eller Q/m, är ett fysikaliskt begrepp som beskriver förhållandet mellan en partikels elektriska laddning (Q) och dess massa (m). Begreppet används främst inom atom- och partikelfysik, där det spelar en avgörande roll för att identifiera olika subatomära partiklar samt för att bestämma deras rörelse i magnetfält.

Historiskt introducerades lags för laddningtillmassaförhållandet när man började utveckla kassett- och rörljusdetektorer i början av 1900-talet. En viktig milstolpe var William Thomsons (Lord Kelvin) arbete med att mäta elektronens massan och lades förhållande, vilket ledde till de första exakta värdena för beta-partiklarnas laddning till massa. Sedan dess har måtten tenderat att bli mer exakta genom användning av iberion-acceleratorer och magnetiska spolelement i rymdsonder.

Mätningar görs vanligen genom att observera partikels accelerationshastighet i ett kända magnetfält. En partikel med laddning Q rör sig i en cirkulär bana med radie r: \(r = \frac{m v}{Q B}\), där v är hastigheten och B det magnetiska fältets styrka. Genom att känna till r, v och B kan man lösa ut Q/m. Exempelvis är elektroncoulombs laddning till massa ungefär \(1.758820 \times 10^{11}\,C\,kg^{-1}\), medan protonens värde är ungefär \(9.578373 \times 10^{7}\,C\,kg^{-1}\).

Detta förhållande är särskilt viktigt i rymdfysik där blandat med gravitation ger styrning av rymdfarkoster, samt i kontroll av ionriktningar i avgånger från jorden eller i framtida rymdfärder. Laddningtillmassaförhållanden används även i utvecklingen av ny energiteknik, där kontroll av de ioner som utgör bränslet kan optimera ansträngningen av effektiva motorer.