电子泡沫

电子气泡是在低温气体或液体（例如氖气或氦气）中围绕自由电子形成的空隙。 它们通常非常小，在大气压力下直径约为 2 纳米。

在室温下，惰性气体中的电子自由移动，仅受与弱相互作用原子碰撞的限制。 它们的流动性取决于气体密度和温度，经典动力学理论对此有很好的描述。 随着温度降低，电子迁移率降低，因为氦原子在较低温度下减速并且不经常与电子相互作用。

在临界温度以下，电子的迁移率迅速下降到远低于经典预期的值。 这种差异导致了电子气泡理论的发展。 在低温下，注入液氦中的电子不会像人们预期的那样自由移动，而是在自身周围形成小真空泡。

由于氦的气相和液相之间的介电常数不同，电子被吸引到液氦中。 负电子使表面的氦极化，导致图像电荷将其结合到表面。 电子被禁止进入液体的原因与氢原子稳定的原因相同：量子力学。 电子和图像电荷形成束缚态，就像氢原子中的电子和质子一样，具有最小的平均分离度。 在这种情况下，最小能量约为 1 eV（原子级的中等能量）[3]。

当电子被迫进入液氦而不是漂浮在其表面时，它会形成气泡而不是进入液体。 这个气泡的大小由三个主要因素决定（忽略小的修正）：限制项、表面张力项和压力-体积项。 限制项纯粹是量子力学的，因为只要电子被严格限制，它的动能就会上升。 表面张力项表示液氦的表面能； 这与水和所有其他液体完全一样。 压力-体积项是将氦气推出气泡所需的能量 [4]。

E ≈ h 2 8 m R 2 + 4 π R 2 α + 4 3 π R 3 P {displaystyle Eapprox {frac {h{2}}{8mR{2}}}+4 pi R{2}alpha +{frac {4}{3}}pi R{3}P}

这里E是气泡的能量，h是普朗克常数，m是电子质量，R是气泡半径，α是表面能，P是环境压力。

基于对上述方程式的分析，已经做出了理论预测 [5]，即 2S 电子气泡在广泛的环境压力下表现出惊人的形态不稳定性。 虽然它的波函数是球形的，但气泡的稳定形状是非球形的。