A vita arról, hogy ki fedezte fel az elektront, mindeddig nem csitul. Az elemi részecske felfedezőjének szerepében Joseph Thomson mellett egyes tudománytörténészek Hendrik Lorentzot és Peter Zeemant, mások Emil Wiechert, megint mások Philip Lenardot látják. Tehát ki az a tudós, aki felfedezte az elektront?
Az atom oszthatatlant jelent
Az "atom" fogalmát a filozófusok vezették be. Az ókori görög gondolkodó, Leukippusz a Kr.e. V. században. e. azt sugallta, hogy a világon minden apró részecskékből áll. Tanítványa - Démokritosz - atomoknak nevezte őket. A filozófus szerint az atomok az univerzum "téglái", oszthatatlanok és örökkévalóak. Az anyagok tulajdonságai formájuktól és külső szerkezetüktől függenek: az áramló víz atomjai simaak, a fémeké profilfogakkal rendelkezik, amelyek keménységet adnak a testnek.
A kiváló orosz tudós, M. V. Lomonoszov, az atomi-molekuláris elmélet megalapítója úgy vélte, hogy az egyszerű anyagok összetételében a sejttesteket (molekulákat) egyfajta atom alkotja, a komplexet pedig különböző típusokból.
Autodidakta kémikus, John D alton (Manchester) 1803-ban, támaszkodvakísérleti adatokat, és a hidrogénatomok tömegét egyezményes mértékegységnek véve megállapította egyes elemek relatív atomtömegét. Az angol atomisztikus elmélete nagy jelentőséggel bírt a kémia és a fizika további fejlődése szempontjából.
Ki fedezte fel az elektront?
A 20. század elejére számos kísérleti adat halmozódott fel, amelyek bizonyítják az atom szerkezetének összetettségét. Ide tartozik a fotoelektromos hatás jelensége (G. Hertz, A. Stoletov 1887), a katód (Yu. Plyukker, V. Kruks, 1870) és a röntgensugarak (V. Roentgen, 1895) felfedezése, a radioaktivitás (A. Becquerel, 1896).
A katódsugarakkal foglalkozó tudósok két táborra oszlanak: egyesek a jelenség hullám természetét feltételezték, mások pedig korpuszkulárist. Kézzelfogható eredményeket ért el a Higher Normal School (Lille, Franciaország) professzora, Jean Baptiste Peren. 1895-ben kísérletekkel kimutatta, hogy a katódsugarak negatív töltésű részecskék áramlása. Talán Peren a fizikus, aki felfedezte az elektront?
A nagy dolgok küszöbén
George Stoney fizikus és matematikus (Royal Irish University, Dublin) 1874-ben hangot adott az elektromosság diszkrétségére vonatkozó feltételezésének. Melyik évben és ki fedezte fel az elektront? Az elektrolízissel kapcsolatos kísérleti munka során D. Stoney határozta meg a minimális elektromos töltés értékét (a kapott eredmény azonban (10-20 C) 16-szor kisebb volt, mint a tényleges). 1891-ben egy ír tudós az elemi elektromos töltés mértékegységét "elektronnak" nevezte (az ógörög szóból)."borostyánsárga").
Egy évvel később Hendrik Lawrence (Leiden Egyetem, Hollandia) megfogalmazta elektronikai elméletének főbb rendelkezéseit, miszerint bármely anyag szerkezete diszkrét elektromos töltéseken alapul. Ezeket a tudósokat nem tekintik a részecske felfedezőjének, de elméleti és gyakorlati kutatásaik megbízható alapot nyújtottak Thomson jövőbeli felfedezéséhez.
Könyörtelen lelkesítő
Arra a kérdésre, hogy ki és mikor fedezte fel az elektront, az enciklopédiák világos és egyértelmű választ adnak – Joseph John Thomson 1897-ben. Mi tehát az angol fizikus érdeme?
A Londoni Királyi Társaság leendő elnökének édesapja könyvkereskedő volt, és gyermekkora óta beleoltotta fiába a nyomtatott szó iránti szeretetet és az új ismeretek iránti vágyat. Miután végzett az Owens College-ban (1903-tól a Manchesteri Egyetem) és a Cambridge-i Egyetemen 1880-ban, a fiatal matematikus, Joseph Thomson csatlakozott a Cavendish Laboratóriumhoz. A kísérleti tanulmányok teljesen magával ragadták a fiatal tudóst. A kollégák megjegyezték fáradhatatlanságát, elszántságát és a gyakorlati munka iránti rendkívüli lelkesedését.
1884-ben, 28 évesen Thomsont kinevezték a laboratórium igazgatójává, Lord C. Rayleigh helyére. Thomson vezetésével a laboratórium az elkövetkező 35 évben a világ fizika egyik legnagyobb központjává vált. E. Rutherford, N. Bohr, P. Langevin innen indult útjára.
Figyelem a részletekre
Thomson kísérletek ellenőrzésével kezdte a katódsugarak tanulmányozásátelődei. Számos kísérlethez speciális berendezéseket készítettek a laboratórium igazgatójának személyes rajzai alapján. Miután megkapta a kísérletek minőségi megerősítését, Thomsonnak eszébe sem jutott abbahagyni. Fő feladatának a sugarak és az őket alkotó részecskék természetének pontos mennyiségi meghatározásában látta.
A következő kísérletekhez tervezett új cső nem csak a szokásos katód- és gyorsítóelektródákat (lemezek és gyűrűk formájában) tartalmazta terelőfeszültséggel. A vértestek áramlását egy vékony anyagréteggel borított képernyőre irányították, amely a részecskék ütközésekor izzott. Az áramlást az elektromos és mágneses mezők együttes hatására kellett volna szabályozni.
Egy atom részei
Nehéz úttörőnek lenni. Még nehezebb megvédeni az évezredek óta kialakult fogalmakkal ellentétes meggyőződését. Az önmagadba, a csapatodba vetett hit tette Thomsont azzá az emberré, aki felfedezte az elektront.
A tapasztalat lenyűgöző eredményeket hozott. A részecskék tömege 2 ezerszer kisebbnek bizonyult, mint a hidrogénionoké. A testrész töltésének tömegéhez viszonyított aránya nem függ az áramlási sebességtől, a katód anyagának tulajdonságaitól vagy a kisülési gázhalmazállapotú közeg természetétől. Egy olyan következtetést javasoltak, amely ellentmond minden alapnak: a korpuszkulák az anyag univerzális részecskéi egy atom összetételében. Thomson időről időre szorgalmasan és gondosan ellenőrizte a kísérletek és számítások eredményeit. Amikor semmi kétség nem maradt, jelentést készítettek a katódsugarak természetéről a Londoni Királyi Társaságnak. 1897 tavaszán az atommegszűnt oszthatatlan lenni. 1906-ban Joseph Thomson fizikai Nobel-díjat kapott.
Ismeretlen Johann Wiechert
Johann Emil Wiechert köningsböri, majd a göttingeni egyetem geofizika professzorának, bolygónk szeizmográfiájának kutatójának neve ismertebb a geológusok és a geográfusok szakmai köreiben. De a fizikusok számára is ismerős. Ez az egyetlen személy, akit a hivatalos tudomány Thomsonnal együtt az elektron felfedezőjeként ismer el. És hogy teljesen pontosak legyünk, a Wiechert kísérleteit és számításait leíró munka 1897 januárjában jelent meg – négy hónappal korábban, mint az angol jelentésében. Azt, hogy ki fedezte fel az elektront, már történelmileg eldöntötték, de a tény továbbra is fennáll.
Referenciaként: Thomson egyetlen művében sem használta az "elektron" kifejezést. A "testek" nevet használta.
Ki fedezte fel a protont, a neutront és az elektront?
Az első elemi részecske felfedezése után feltevések születtek az atom lehetséges szerkezetéről. Az egyik első modellt maga Thomson javasolta. Szerinte az atom olyan, mint egy darab mazsolapuding: a negatív részecskék egy pozitív töltésű testbe ágyazódnak.
1911-ben Ernest Rutherford (Új-Zéland, Nagy-Britannia) azt javasolta, hogy az atommodellnek bolygószerkezete van. Két évvel később hipotézist terjesztett elő egy pozitív töltésű részecske létezéséről az atommagban, és miután kísérleti úton megszerezte, protonnak nevezte. Megjósolta egy proton tömegű semleges részecske jelenlétét is az atommagban (a neutront J. Chadwick angol tudós fedezte fel 1932-ben). 1918-ban Joseph Thomson átadta a laboratórium vezetését Ernest Rutherfordnak.
Meg kell mondanunk, hogy az elektron felfedezése lehetővé tette számunkra, hogy új pillantást vethessünk az anyag elektromos, mágneses és optikai tulajdonságaira. Thomson és követőinek az atom- és magfizika fejlődésében betöltött szerepét nehéz túlbecsülni.
