1897-ben Joseph John Thomson brit fizikus (1856-1940) felfedezte az elektront egy sor kísérlet után, amelyek célja az elektromos kisülés természetének tanulmányozása volt vákuumban. A híres tudós az elektromosan töltött lemezek és mágnesek nyalábeltérülését annak bizonyítékaként értelmezte, hogy az elektronok sokkal kisebbek, mint az atomok.
A nagy fizikusból és tudósból mérnöknek kellett volna lennie
Thomson Joseph Johnnak, a nagy tudósnak, fizikusnak és mentornak mérnöknek kellett lennie, ahogy apja gondolta, de akkoriban a családnak nem volt lehetősége fizetni az oktatásért. Ehelyett a fiatal Thomson a Macester-i, majd később a Cambridge-i főiskolára járt. 1884-ben kinevezték a tekintélyes Cambridge-i kísérleti fizika professzori posztjára, bár ő személyesen nagyon kevés kísérleti munkát végzett. Felfedezte tehetségét a hardver fejlesztésében és a kapcsolódó problémák diagnosztizálásában. Thomson Joseph John jó tanár volt, inspirálta diákjait és adottjelentős figyelmet fordítanak az egyetemi és középiskolai tanítástudomány fejlesztésének átfogó problémájára.
Nobel-díjas
Thomson számos különböző díjat kapott, köztük 1906-ban a fizikai Nobel-díjat. Nagy öröme volt annak is, hogy néhány munkatársa megkapta Nobel-díját, köztük Rutherford kémiából 1908-ban. Számos tudós, például William Prout és Norman Lockyer azt javasolta, hogy az atomok nem a legkisebb részecskék az univerzumban, és alapvetőbb egységekből épülnek fel.
Az elektron felfedezése (röviden)
1897-ben Thompson azt javasolta, hogy az egyik alapegység 1000-szer kisebb, mint egy atom, ez a szubatomi részecske elektronként vált ismertté. A tudós ezt a katódsugarak tulajdonságainak kutatása során fedezte fel. A katódsugarak tömegét úgy becsülte meg, hogy megmérte a hőátmeneti sugarak ütközésekor keletkező hőt, és összehasonlította a nyaláb mágneses eltérítésével. Kísérletei nemcsak azt mutatják, hogy a katódsugarak 1000-szer könnyebbek a hidrogénatomnál, hanem azt is, hogy tömegük az atom típusától függetlenül azonos volt. A tudós arra a következtetésre jutott, hogy a sugarak nagyon könnyű, negatív töltésű részecskékből állnak, amelyek az atomok univerzális építőanyagai. Ezeket a részecskéket "testtesteknek" nevezte, de a későbbi tudósok az "elektronok" nevet választották, amelyet George Johnston Stoney javasolt 1891-ben.
Thompson kísérletei
A katódnyalábok eltérülését az elektromos és mágneses mezőkkel összehasonlítva a fizikus megbízhatóbb méréseket kapott az elektron töltéséről és tömegéről. Thomson kísérletét speciális katódsugárcsövek belsejében végezték. 1904-ben feltételezte, hogy az atom modellje egy pozitív anyag gömbje, amelyben a részecskék helyzetét elektrosztatikus erők határozzák meg. Az atom általában semleges töltésének magyarázatára Thompson azt javasolta, hogy a sejttestek egyenletes pozitív töltésmezőben oszlanak el. Az elektron felfedezése lehetővé tette, hogy elhiggyük, hogy az atom még kisebb részekre osztható, és ez volt az első lépés az atom részletes modelljének megalkotása felé.
Felfedezési előzmények
Joseph John Thomson széles körben ismert az elektron felfedezőjeként. Pályafutása nagy részében a professzor az elektromosság gázokon keresztüli vezetésének különböző aspektusaival foglalkozott. 1897-ben (az elektron felfedezésének évében) kísérletileg bebizonyította, hogy az úgynevezett katódsugarak valójában mozgásban lévő negatív töltésű részecskék.
Sok érdekes kérdés közvetlenül kapcsolódik a nyitási folyamathoz. Nyilvánvaló, hogy a katódsugarak jellemzése Thomson előtt történt, és számos tudós már jelentős mértékben hozzájárult ehhez. Akkor biztosan állíthatjuk, hogy Thomson volt az első, aki felfedezte az elektront? Hiszen nem ő találta fel a vákuumcsövet vagy a katódsugarak jelenlétét. Az elektron felfedezése pusztán kumulatív folyamat. A jó hírű úttörő járul hozzá a legfontosabbhozhozzájárulása, az összes előtte felhalmozott tapasztalat összegzése és rendszerezése.
Thomson katódsugárcsövek
Az elektron nagy felfedezése speciális berendezésekkel és bizonyos feltételek mellett történt. Thomson kísérletsorozatot végzett egy bonyolult katódsugárcsővel, amely két lemezből áll, és a sugarak között kellett volna haladni. A katódsugarak természetével kapcsolatos régóta fennálló vita, amely akkor keletkezik, amikor egy elektromos áram áthalad egy olyan edényen, amelyből a levegő nagy részét kiürítették, felfüggesztették.
Ez az edény egy katódsugárcső volt. Egy továbbfejlesztett vákuum módszerrel Thomson meggyőző érvet tudott felhozni arra vonatkozóan, hogy ezek a gerendák részecskékből állnak, függetlenül a gáz típusától és a vezetőként használt fém típusától. Thomsont joggal nevezhetjük annak az embernek, aki kettéhasította az atomot.
Tudományos remete? Ez nem Thomsonról szól
Korának kiemelkedő fizikusa korántsem volt tudományos remete, ahogyan az ember gyakran gondol a zseniális tudósokra. A nagyon sikeres Cavendish Laboratórium adminisztratív vezetője volt. A tudós ott találkozott Rose Elizabeth Pagettel, akit 1890-ben feleségül vett.
Thomson nemcsak számos kutatási projektet irányított, hanem a laboratóriumi létesítmények felújítását is finanszírozta, kevés egyetemi és főiskolai támogatással. Tehetséges volttanár. Azok az emberek, akiket 1895 és 1914 között maga köré gyűjtött, a világ minden tájáról érkeztek. Néhányuk hét Nobel-díjat kapott alatta.
Miközben 1910-ben Thomsonnal dolgozott a Cavendish Laboratóriumban, Ernest Rutherford olyan kutatást végzett, amely az atom belső szerkezetének modern megértéséhez vezetett.
Thomson nagyon komolyan vette a tanítást: reggelente rendszeresen tartott előadásokat az elemi osztályokban, délután pedig természettudományokat tanított végzős hallgatóknak. A tudós hasznosnak ítélte a doktrínát a kutató számára, hiszen az alapgondolatok időszakonkénti átdolgozását igényli, ugyanakkor teret kell hagyni valami új felfedezésének lehetőségére, amire korábban senki sem figyelt. Az elektron felfedezésének története egyértelműen megerősíti ezt. Thompson tudományos tevékenységének nagy részét az elektromosan töltött áramrészecskék ritka gázokon és vákuumtéren való áthaladásának tanulmányozásának szentelte. A katód- és röntgensugarak tanulmányozásával foglalkozott, és nagymértékben hozzájárult az atomfizika tanulmányozásához. Ezenkívül Thomson kidolgozta az elektronok mágneses és elektromos térben történő mozgásának elméletét is.
