Godine 1897, britanski fizičar Joseph John Thomson (1856-1940) otkrio je elektron nakon serije eksperimenata usmjerenih na proučavanje prirode električnog pražnjenja u vakuumu. Čuveni naučnik je protumačio otklone zraka električno nabijenih ploča i magneta kao dokaz da su elektroni mnogo manji od atoma.
Veliki fizičar i naučnik je trebao postati inženjer
Thomson Joseph John, veliki naučnik, fizičar i mentor, trebao je postati inženjer, kako je mislio njegov otac, ali u to vrijeme porodica nije imala sredstava da plati obrazovanje. Umjesto toga, mladi Thomson je pohađao koledž u Macesteru, a kasnije u Cambridgeu. Godine 1884. imenovan je na prestižno mjesto profesora eksperimentalne fizike na Cambridgeu, iako je lično radio vrlo malo eksperimentalnog rada. Otkrio je svoj talenat za razvoj hardvera i dijagnosticiranje povezanih problema. Thomson Joseph John je bio dobar učitelj, inspirirao je svoje učenike i davaoznačajnu pažnju širokom problemu razvoja nauke o podučavanju na univerzitetu i srednjoj školi.
Nobelov laureat
Thomson je dobio mnogo različitih nagrada, uključujući Nobelovu nagradu za fiziku 1906. Takođe je imao veliko zadovoljstvo da vidi neke od njegovih saradnika da dobiju svoje Nobelove nagrade, uključujući Rutherforda iz hemije 1908. Brojni naučnici kao što su William Prout i Norman Lockyer sugerirali su da atomi nisu najmanje čestice u svemiru i da su izgrađene od fundamentalnijih jedinica.
Otkriće elektrona (nakratko)
1897. Thompson je predložio da je jedna od osnovnih jedinica 1000 puta manja od atoma, ova subatomska čestica postala je poznata kao elektron. Naučnik je to otkrio kroz svoje istraživanje svojstava katodnih zraka. Procijenio je masu katodnih zraka mjerenjem topline koja nastaje prilikom udara toplotnih prijelaznih zraka i uporedio je s magnetskim otklonom zraka. 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. Naučnik je došao do zaključka da su zraci sastavljeni od vrlo laganih, negativno nabijenih čestica, koje su univerzalni građevinski materijal za atome. On je te čestice nazvao "korpuskulama", ali su kasniji naučnici preferirali naziv "elektroni", koji je predložio George Johnston Stoney 1891.
Thompsonovi eksperimenti
Upoređujući otklon katodnih zraka sa električnim i magnetnim poljima, fizičar je dobio pouzdanija mjerenja naelektrisanja i mase elektrona. Thomsonov eksperiment je izveden unutar specijalnih katodnih cijevi. Godine 1904. postavio je hipotezu da je model atoma sfera pozitivne materije u kojoj je položaj čestica određen elektrostatičkim silama. Da 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 ka stvaranju detaljnog modela atoma.
Historija otkrića
Joseph John Thomson je nadaleko poznat kao otkrivač elektrona. Veći dio svoje karijere profesor je radio na različitim aspektima provođenja električne energije kroz plinove. Godine 1897. (godina otkrića elektrona) eksperimentalno je dokazao da su takozvane katodne zrake zapravo negativno nabijene čestice u kretanju.
Mnoga zanimljiva pitanja su direktno vezana za proces otvaranja. Jasno je da karakterizacija katodnih zraka prethodi Thomsonu, a nekoliko naučnika je već dalo značajan doprinos. Možemo li onda sa sigurnošću reći da je Thomson bio taj koji je prvi otkrio elektron? Uostalom, on nije izumio vakuumsku cijev ili prisustvo katodnih zraka. Otkriće elektrona je čisto kumulativni proces. Zaslužni pionir doprinosi najvažnijemdoprinos, sumirajući i sistematizujući svo iskustvo akumulirano prije njega.
Thomsonove katodne cijevi
Veliko otkriće elektrona napravljeno je posebnom opremom i pod određenim uslovima. Thomson je izveo niz eksperimenata koristeći razrađenu katodnu cijev, koja uključuje dvije ploče, između kojih je trebalo da putuju snopovi. Dugotrajna kontroverza o prirodi katodnih zraka, koja nastaje kada električna struja prođe kroz posudu iz koje je evakuisana većina zraka, obustavljena je.
Ova posuda je bila katodna cijev. Koristeći poboljšanu vakuumsku metodu, Thomson je uspio dati uvjerljiv argument da su ovi snopovi sastavljeni od čestica, bez obzira na vrstu plina i vrstu metala koji je korišten kao provodnik. Thomson se s pravom može nazvati čovjekom koji je razdvojio atom.
Naučni samotnjak? Ne radi se o Thomsonu
Izvanredan fizičar svog vremena nikako nije bio naučni samotnjak, kako se često misli o briljantnim naučnicima. Bio je administrativni šef vrlo uspješne Cavendish laboratorije. Tamo je naučnik upoznao Rose Elizabeth Paget, s kojom se oženio 1890.
Thomson ne samo da je upravljao brojnim istraživačkim projektima, već je finansirao i renoviranje laboratorijskih objekata uz malu podršku univerziteta i koledža. Bilo je talentovanonastavnik. Ljudi koje je okupljao oko sebe od 1895. do 1914. dolazili su iz svih krajeva svijeta. Neki od njih su pod njim osvojili sedam Nobelovih nagrada.
Upravo dok je radio sa Thomsonom u Cavendish laboratoriji 1910. godine, Ernest Rutherford je sproveo istraživanje koje je dovelo do modernog razumijevanja unutrašnje strukture atoma.
Thomson je vrlo ozbiljno shvatio svoje predavanje: redovno je držao predavanja u osnovnim razredima ujutro i predavao nauku studentima poslijepodne. Naučnik je smatrao da je doktrina korisna za istraživača, jer zahtijeva periodično revidiranje osnovnih ideja i istovremeno ostavljajući prostor za mogućnost otkrivanja nečeg novog na što niko ranije nije obraćao pažnju. Istorija otkrića elektrona to jasno potvrđuje. Thompson je najveći dio svoje naučne aktivnosti posvetio proučavanju prolaska električno nabijenih čestica struje kroz razrijeđene plinove i vakuumski prostor. Bavio se proučavanjem katode i rendgenskih zraka i dao ogroman doprinos proučavanju atomske fizike. Osim toga, Thomson je također razvio teoriju kretanja elektrona u magnetnim i električnim poljima.
