In 1897 ontdekte de Britse natuurkundige Joseph John Thomson (1856-1940) het elektron na een reeks experimenten die gericht waren op het bestuderen van de aard van een elektrische ontlading in een vacuüm. De beroemde wetenschapper interpreteerde de bundelafbuigingen van elektrisch geladen platen en magneten als bewijs dat elektronen veel kleiner zijn dan atomen.
De grote natuurkundige en wetenschapper had ingenieur moeten worden
Thomson Joseph John, een groot wetenschapper, natuurkundige en mentor, zou ingenieur worden, zoals zijn vader dacht, maar in die tijd had het gezin niet de middelen om voor onderwijs te betalen. In plaats daarvan ging de jonge Thomson naar de universiteit in Macester en later in Cambridge. In 1884 werd hij benoemd tot hoogleraar in de experimentele fysica in Cambridge, hoewel hij persoonlijk weinig experimenteel werk deed. Hij ontdekte zijn talent voor het ontwikkelen van hardware en het diagnosticeren van gerelateerde problemen. Thomson Joseph John was een goede leraar, inspireerde zijn studenten en gafveel aandacht voor het brede probleem van de ontwikkeling van de wetenschap van het lesgeven aan de universiteit en de middelbare school.
Nobelprijswinnaar
Thomson ontving veel verschillende prijzen, waaronder de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1906. Hij had ook veel plezier bij het zien van enkele van zijn medewerkers die hun Nobelprijs ontvingen, waaronder Rutherford voor scheikunde in 1908. Een aantal wetenschappers zoals William Prout en Norman Lockyer hebben gesuggereerd dat atomen niet de kleinste deeltjes in het universum zijn en dat ze zijn opgebouwd uit meer fundamentele eenheden.
Ontdekking van het elektron (kort)
In 1897 stelde Thompson voor dat een van de basiseenheden 1000 keer kleiner is dan een atoom, dit subatomaire deeltje werd bekend als het elektron. De wetenschapper ontdekte dit door zijn onderzoek naar de eigenschappen van kathodestralen. Hij schatte de massa van de kathodestralen door de warmte te meten die werd gegenereerd toen de thermische overgangsstralen insloegen en vergeleek deze met de magnetische afbuiging van de straal. Zijn experimenten laten niet alleen zien dat kathodestralen 1000 keer lichter zijn dan een waterstofatoom, maar ook dat hun massa hetzelfde was, ongeacht het type atoom. De wetenschapper kwam tot de conclusie dat de stralen zijn samengesteld uit zeer lichte, negatief geladen deeltjes, de universele bouwstof voor atomen. Hij noemde deze deeltjes "lichaampjes", maar latere wetenschappers gaven de voorkeur aan de naam "elektronen", voorgesteld door George Johnston Stoney in 1891.
Thompsons experimenten
Door de afbuiging van kathodebundels te vergelijken met elektrische en magnetische velden, verkreeg de natuurkundige betrouwbaardere metingen van de lading en massa van het elektron. Het experiment van Thomson werd uitgevoerd in speciale kathodestraalbuizen. In 1904 veronderstelde hij dat het model van het atoom een bol van positieve materie is waarin de positie van deeltjes wordt bepaald door elektrostatische krachten. Om de over het algemeen neutrale lading van het atoom te verklaren, suggereerde Thompson dat de bloedlichaampjes waren verdeeld in een uniform veld van positieve lading. De ontdekking van het elektron maakte het mogelijk om te geloven dat het atoom in nog kleinere delen kon worden verdeeld, en was de eerste stap naar het maken van een gedetailleerd model van het atoom.
Ontdekkingsgeschiedenis
Joseph John Thomson staat algemeen bekend als de ontdekker van het elektron. Het grootste deel van zijn carrière heeft de professor gewerkt aan verschillende aspecten van de geleiding van elektriciteit door gassen. In 1897 (het jaar van de ontdekking van het elektron) bewees hij experimenteel dat de zogenaamde kathodestralen eigenlijk negatief geladen deeltjes in beweging zijn.
Veel interessante vragen houden rechtstreeks verband met het openingsproces. Het is duidelijk dat de karakterisering van kathodestralen dateert van vóór Thomson, en verschillende wetenschappers hebben al belangrijke bijdragen geleverd. Kunnen we dan met zekerheid zeggen dat het Thomson was die als eerste het elektron ontdekte? Hij heeft de vacuümbuis of de aanwezigheid van kathodestralen immers niet uitgevonden. De ontdekking van het elektron is een puur cumulatief proces. Gecrediteerde pionier draagt de belangrijkste bijbijdrage, het samenvatten en systematiseren van alle ervaring die voor hem is opgedaan.
Thomson kathodestraalbuizen
De grote ontdekking van het elektron is gedaan met speciale apparatuur en onder bepaalde voorwaarden. Thomson voerde een reeks experimenten uit met behulp van een uitgebreide kathodestraalbuis, die twee platen bevat, waarvan werd aangenomen dat de bundels zich daartussen voortbewogen. De al lang bestaande controverse over de aard van kathodestralen, die ontstaan wanneer een elektrische stroom door een vat gaat waaruit de meeste lucht is geëvacueerd, is opgeschort.
Dit vat was een kathodestraalbuis. Met behulp van een verbeterde vacuümmethode kon Thomson overtuigend aantonen dat deze bundels uit deeltjes bestonden, ongeacht het type gas en het type metaal dat als geleider werd gebruikt. Thomson kan met recht de man worden genoemd die het atoom heeft gesplitst.
Wetenschappelijke kluizenaar? Dit gaat niet over Thomson
De uitmuntende natuurkundige van zijn tijd was geenszins een wetenschappelijke kluizenaar, zoals men vaak denkt aan briljante wetenschappers. Hij was het administratieve hoofd van het zeer succesvolle Cavendish Laboratory. Het was daar dat de wetenschapper Rose Elizabeth Paget ontmoette, met wie hij in 1890 trouwde.
Thomson leidde niet alleen een aantal onderzoeksprojecten, hij financierde ook de renovatie van laboratoriumfaciliteiten met weinig steun van de universiteit en hogescholen. Het was getalenteerddocent. De mensen die hij van 1895 tot 1914 om zich heen verzamelde, kwamen van over de hele wereld. Sommigen van hen wonnen onder hem zeven Nobelprijzen.
Het was tijdens zijn samenwerking met Thomson in het Cavendish Laboratory in 1910 dat Ernest Rutherford onderzoek deed dat leidde tot modern begrip van de interne structuur van het atoom.
Thomson nam zijn lesgeven zeer serieus: hij gaf 's ochtends regelmatig les in de lagere klassen en gaf 's middags wetenschap aan afgestudeerde studenten. De wetenschapper achtte de doctrine nuttig voor de onderzoeker, omdat het periodieke herziening van de basisideeën vereist en tegelijkertijd ruimte laat voor de mogelijkheid om iets nieuws te ontdekken waar niemand eerder aandacht aan had besteed. De geschiedenis van de ontdekking van het elektron bevestigt dit duidelijk. Thompson wijdde het grootste deel van zijn wetenschappelijke activiteit aan de studie van de passage van elektrisch geladen stroomdeeltjes door ijle gassen en vacuümruimte. Hij hield zich bezig met de studie van kathode en röntgenstralen en leverde een enorme bijdrage aan de studie van atoomfysica. Daarnaast ontwikkelde Thomson ook een theorie van elektronenbeweging in magnetische en elektrische velden.
