Vuonna 1897 brittiläinen fyysikko Joseph John Thomson (1856-1940) löysi elektronin koesarjan jälkeen, jonka tarkoituksena oli tutkia sähköpurkauksen luonnetta tyhjiössä. Kuuluisa tiedemies tulkitsi sähköisesti varautuneiden levyjen ja magneettien säteen taipumat todisteeksi siitä, että elektronit ovat paljon pienempiä kuin atomit.
Suuri fyysikon ja tiedemiehen olisi pitänyt tulla insinööri
Thomson Joseph John, suuri tiedemies, fyysikko ja mentori, oli tulossa insinööriksi, kuten hänen isänsä ajatteli, mutta tuolloin perheellä ei ollut varoja maksaa koulutuksesta. Sen sijaan nuori Thomson osallistui korkeakouluun Macesterissa ja myöhemmin Cambridgessa. Vuonna 1884 hänet nimitettiin Cambridgen kokeellisen fysiikan professorin arvostettuun virkaan, vaikka hän henkilökohtaisesti teki hyvin vähän kokeellista työtä. Hän löysi kykynsä kehittää laitteistoja ja diagnosoida niihin liittyviä ongelmia. Thomson Joseph John oli hyvä opettaja, joka inspiroi oppilaitaan ja antoihuomattavaa huomiota opetuksen tieteen kehittämisen laajaan ongelmaan yliopistossa ja lukiossa.
Nobel-palkittu
Thomson sai monia erilaisia palkintoja, mukaan lukien Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1906. Hänellä oli myös suuri ilo nähdessään, että jotkut hänen työtovereistaan saivat Nobel-palkintonsa, mukaan lukien Rutherford kemiassa vuonna 1908. Useat tiedemiehet, kuten William Prout ja Norman Lockyer, ovat ehdottaneet, että atomit eivät ole maailmankaikkeuden pienimpiä hiukkasia ja että ne on rakennettu perustavanlaatuisemmista yksiköistä.
Elektronin löytö (lyhyesti)
Vuonna 1897 Thompson ehdotti, että yksi perusyksiköistä on 1000 kertaa pienempi kuin atomi, tämä subatominen hiukkanen tunnettiin nimellä elektroni. Tiedemies havaitsi tämän tutkimalla katodisäteiden ominaisuuksia. Hän arvioi katodisäteiden massan mittaamalla lämpösiirtymäsäteiden osuessa syntyvää lämpöä ja vertasi sitä säteen magneettiseen taipumaan. Hänen kokeensa eivät osoittaneet vain, että katodisäteet ovat 1000 kertaa kevyempiä kuin vetyatomi, vaan myös sen, että niiden massa oli sama atomin tyypistä riippumatta. Tiedemies tuli siihen tulokseen, että säteet koostuvat erittäin kevyistä, negatiivisesti varautuneista hiukkasista, jotka ovat yleismaailmallinen atomien rakennusmateriaali. Hän kutsui näitä hiukkasia "korpuskkeleiksi", mutta myöhemmin tiedemiehet pitivät parempana nimeä "elektroneja", jota George Johnston Stoney ehdotti vuonna 1891.
Thompsonin kokeet
Vertaamalla katodisäteiden taipumaa sähkö- ja magneettikenttään fyysikko sai luotettavampia mittauksia elektronin varauksesta ja massasta. Thomsonin koe suoritettiin erityisten katodisädeputkien sisällä. Vuonna 1904 hän oletti, että atomin malli on positiivisen aineen pallo, jossa hiukkasten sijainnin määräävät sähköstaattiset voimat. Selittääkseen atomin yleisesti neutraalin varauksen Thompson ehdotti, että solut olivat jakautuneet tasaiseen positiivisen varauksen kenttään. Elektronin löytö teki mahdolliseksi uskoa, että atomi voidaan jakaa vielä pienempiin osiin, ja se oli ensimmäinen askel kohti yksityiskohtaisen atomin mallin luomista.
Löytöhistoria
Joseph John Thomson tunnetaan laaj alti elektronin löytäjänä. Suurimman osan urastaan professori on työskennellyt erilaisten kaasujen läpijohtamisen näkökohtien parissa. Vuonna 1897 (elektronin löytämisen vuosi) hän osoitti kokeellisesti, että niin kutsutut katodisäteet ovat itse asiassa negatiivisesti varautuneita hiukkasia liikkeessä.
Monet mielenkiintoiset kysymykset liittyvät suoraan avausprosessiin. On selvää, että katodisäteiden karakterisointi ajoittui Thomsonia edeltävälle ajalle, ja useat tutkijat ovat jo antaneet merkittävän panoksen. Voimmeko sitten sanoa varmuudella, että Thomson löysi ensimmäisenä elektronin? Loppujen lopuksi hän ei keksinyt tyhjiöputkea tai katodisäteiden läsnäoloa. Elektronin löytäminen on puhtaasti kumulatiivinen prosessi. Arvostettu pioneeri osallistuu tärkeimpäänpanos, tiivistää ja systematisoi kaikki ennen häntä kertynyt kokemus.
Thomsonin katodisädeputket
Elektronin suuri löytö tehtiin erikoislaitteilla ja tietyissä olosuhteissa. Thomson suoritti sarjan kokeita käyttämällä monimutkaista katodisädeputkea, joka sisältää kaksi levyä, joiden välillä piti kulkea säteitä. Pitkään jatkunut kiista katodisäteiden luonteesta, joka syntyy, kun sähkövirta kulkee aluksen läpi, josta suurin osa ilmasta on evakuoitu, on keskeytetty.
Tämä alus oli katodisädeputki. Thomson pystyi parannetun tyhjiömenetelmän avulla esittämään vakuuttavan väitteen, että nämä säteet koostuivat hiukkasista riippumatta kaasutyypistä ja johtimena käytetystä metallityypistä. Thomsonia voidaan perustellusti kutsua mieheksi, joka halkaisi atomin.
Tieteellinen erakko? Tässä ei ole kyse Thomsonista
Hänen aikansa erinomainen fyysikko ei suinkaan ollut tieteellinen erakko, kuten loistavia tiedemiehiä usein ajatellaan. Hän oli erittäin menestyneen Cavendish-laboratorion hallinnollinen johtaja. Siellä tiedemies tapasi Rose Elizabeth Pagetin, jonka kanssa hän meni naimisiin vuonna 1890.
Thomson ei vain johdattanut useita tutkimusprojekteja, vaan myös rahoittanut laboratoriotilojen kunnostusta yliopiston ja korkeakoulujen vähäisellä tuella. Se oli lahjakasopettaja. Ihmiset, jotka hän kokosi ympärilleen vuosina 1895–1914, tulivat kaikki alta maailmasta. Jotkut heistä voittivat seitsemän Nobel-palkintoa hänen alaisuudessaan.
Työskennellessään Thomsonin kanssa Cavendishin laboratoriossa vuonna 1910 Ernest Rutherford suoritti tutkimusta, joka johti nykyaikaiseen ymmärrykseen atomin sisäisestä rakenteesta.
Thomson otti opetuksensa erittäin vakavasti: hän luennoi säännöllisesti perusluokilla aamuisin ja opetti luonnontieteitä jatko-opiskelijoille iltapäivällä. Tiedemies piti oppia hyödyllisenä tutkijalle, koska se vaatii säännöllisin väliajoin perusideoiden tarkistamista ja samalla jättää tilaa mahdollisuudelle löytää jotain uutta, johon kukaan ei ollut aiemmin kiinnittänyt huomiota. Elektronin löytämisen historia vahvistaa tämän selvästi. Thompson omisti suurimman osan tieteellisestä toiminnastaan sähköisesti varautuneiden virtahiukkasten kulkua harvinaisten kaasujen ja tyhjiötilan läpi. Hän osallistui katodin ja röntgensäteiden tutkimukseen ja antoi v altavan panoksen atomifysiikan tutkimukseen. Lisäksi Thomson kehitti myös teorian elektronien liikkeestä magneetti- ja sähkökentissä.
