Godine 1897., britanski fizičar Joseph John Thomson (1856-1940) otkrio je elektron nakon niza eksperimenata usmjerenih na proučavanje prirode električnog pražnjenja u vakuumu. Poznati znanstvenik protumačio je otklone snopa električno nabijenih ploča i magneta kao dokaz da su elektroni mnogo manji od atoma.
Veliki fizičar i znanstvenik trebao je postati inženjer
Thomson Joseph John, veliki znanstvenik, fizičar i mentor, trebao je postati inženjer, kako je mislio njegov otac, ali u to vrijeme obitelj nije imala sredstava za plaćanje školovanja. Umjesto toga, mladi Thomson pohađao je koledž u Macesteru, a kasnije u Cambridgeu. Godine 1884. imenovan je na prestižno mjesto profesora eksperimentalne fizike na Cambridgeu, iako je osobno radio vrlo malo eksperimentalnog rada. Otkrio je svoj talent za razvoj hardvera i dijagnosticiranje povezanih problema. Thomson Joseph John bio je dobar učitelj, inspirirao je svoje učenike i davaoznačajnu pozornost na široki problem razvoja znanosti o podučavanju na sveučilištu i srednjoj školi.
Nobelov laureat
Thomson je dobio mnogo različitih nagrada, uključujući Nobelovu nagradu za fiziku 1906. Također je imao veliko zadovoljstvo vidjeti kako neki od njegovih suradnika dobivaju svoje Nobelove nagrade, uključujući Rutherforda iz kemije 1908. godine. Brojni znanstvenici poput Williama Prouta i Normana Lockyera sugerirali su da atomi nisu najmanje čestice u svemiru i da su izgrađene od fundamentalnijih jedinica.
Otkriće elektrona (nakratko)
Godine 1897. Thompson je predložio da je jedna od osnovnih jedinica 1000 puta manja od atoma, ova subatomska čestica postala je poznata kao elektron. Znanstvenik je to otkrio svojim istraživanjem svojstava katodnih zraka. Procijenio je masu katodnih zraka mjerenjem topline koja nastaje kada zrake toplinskog prijelaza udare i usporedio je s magnetskim otklonom snopa. Njegovi eksperimenti pokazuju ne samo da su katodne zrake 1000 puta lakše od atoma vodika, već i da je njihova masa bila ista bez obzira na vrstu atoma. Znanstvenik je došao do zaključka da su zrake sastavljene od vrlo laganih, negativno nabijenih čestica, koje su univerzalni građevinski materijal za atome. On je te čestice nazvao "tjelešcima", ali su kasniji znanstvenici preferirali naziv "elektroni", koji je predložio George Johnston Stoney 1891.
Thompsonovi eksperimenti
Uspoređujući otklon katodnih zraka s električnim i magnetskim poljima, fizičar je dobio pouzdanija mjerenja naboja i mase elektrona. Thomsonov pokus je izveden unutar posebnih katodnih cijevi. Godine 1904. postavio je hipotezu da je model atoma sfera pozitivne tvari u kojoj je položaj čestica određen elektrostatičkim silama. Kako bi objasnio općenito neutralni naboj atoma, Thompson je sugerirao da su čestice raspoređene u jednoličnom polju pozitivnog naboja. Otkriće elektrona omogućilo je vjerovanje da se atom može podijeliti na još manje dijelove i bio je prvi korak prema stvaranju detaljnog modela atoma.
Povijest otkrića
Joseph John Thomson nadaleko je poznat kao otkrivač elektrona. Veći dio svoje karijere profesor je radio na različitim aspektima provođenja električne struje kroz plinove. Godine 1897. (godina otkrića elektrona) eksperimentalno je dokazao da su takozvane katodne zrake zapravo negativno nabijene čestice u gibanju.
Mnoga zanimljiva pitanja povezana su izravno s procesom otvaranja. Jasno je da karakterizacija katodnih zraka prethodi Thomsonu, a nekoliko je znanstvenika već dalo važan doprinos. Možemo li onda sa sigurnošću reći da je Thomson bio taj koji je prvi otkrio elektron? Uostalom, on nije izumio vakuumsku cijev ili prisutnost katodnih zraka. Otkriće elektrona je čisto kumulativni proces. Zaslužni pionir pridonosi najvažnijemdoprinos, sažimajući i sistematizirajući svo iskustvo akumulirano prije njega.
Thomsonove katodne cijevi
Veliko otkriće elektrona napravljeno je posebnom opremom i pod određenim uvjetima. Thomson je proveo niz eksperimenata koristeći razrađenu katodnu cijev, koja uključuje dvije ploče, a zrake su trebale putovati između njih. Dugotrajna polemika o prirodi katodnih zraka, koja nastaje kada električna struja prođe kroz posudu iz koje je evakuirana većina zraka, obustavljena je.
Ova posuda je bila katodna cijev. Koristeći poboljšanu vakuumsku metodu, Thomson je uspio iznijeti uvjerljiv argument da su te zrake sastavljene od čestica, bez obzira na vrstu plina i vrstu metala koji je korišten kao vodič. Thomson se s pravom može nazvati čovjekom koji je razdvojio atom.
Znanstveni samotnjak? Ovdje se ne radi o Thomsonu
Izvanredan fizičar svog vremena nipošto nije bio znanstveni samotnjak, kao što se često misli o briljantnim znanstvenicima. Bio je administrativni voditelj vrlo uspješnog laboratorija Cavendish. Tamo je znanstvenik upoznao Rose Elizabeth Paget, s kojom se oženio 1890.
Thomson ne samo da je upravljao brojnim istraživačkim projektima, on je također financirao obnovu laboratorijskih objekata uz malu potporu sveučilišta i fakulteta. Bilo je talentiranoučitelj, nastavnik, profesor. Ljudi koje je oko sebe okupljao od 1895. do 1914. dolazili su iz svih krajeva svijeta. Neki od njih osvojili su sedam Nobelovih nagrada pod njim.
U radu s Thomsonom u Cavendish laboratoriju 1910. godine Ernest Rutherford je proveo istraživanje koje je dovelo do modernog razumijevanja unutarnje strukture atoma.
Thomson je svoje podučavanje shvaćao vrlo ozbiljno: ujutro je redovito držao predavanja u osnovnim razredima, a poslijepodne predavao prirodoslovlje studentima. Znanstvenik je doktrinu smatrao korisnom za istraživača, jer zahtijeva povremeno revidiranje osnovnih ideja i istovremeno ostavljajući prostor za mogućnost otkrivanja nečega novoga na što nitko prije nije obraćao pažnju. Povijest otkrića elektrona to jasno potvrđuje. Thompson je najveći dio svoje znanstvene aktivnosti posvetio proučavanju prolaska električno nabijenih čestica struje kroz razrijeđene plinove i vakuumski prostor. Bavio se proučavanjem katode i X-zraka te je dao ogroman doprinos proučavanju atomske fizike. Osim toga, Thomson je također razvio teoriju gibanja elektrona u magnetskim i električnim poljima.
