Частица Вселенной: как Джозеф Джон Томсон обнаружил электрон

Джозеф Джон Томсон — английский физик, навсегда изменивший науку. Именно он открыл электрон и предложил первую модель строения атома. Томсон был одним из немногих ученых, который нашел свое призвание в преподавании: он подарил миру «большой физики» Эрнеста Резерфорда, Роберта Оппенгеймера, Чарльза Вильсона и других.

Гений с рождения: юность и образование Джозефа Томсона

Джозеф Джон Томсон родился в 1856 году в пригороде Манчестера. Его отец, крупный книжный издатель Джозеф Джеймс Томсон, заметил способности сына еще когда тот был совсем ребенком. В возрасте 14 лет Джеймс определил его в Оуэнс-колледж.

В свободное от учебы время юный Джозеф помогал отцу в инженерной фирме. На первом курсе он познакомился с будущим физиком Бальфуром Стюартом — вместе они проводили исследования в местной лаборатории.

Однако диплом инженера больше его не интересовал. Томсон оставил отцовскую фирму и поступил в Тринити-колледж при Кембриджском университете, где изучал физику и математику. В 1880 году Джозеф получил степень бакалавра.

Работа нашлась без промедления. Ученый остался в колледже — теперь он мог подойти к научным экспериментам с размахом. Джозеф Джон Томсон изучал электромагнитную теорию под руководством лорда Рэлея. Через четыре года Томсон заменил его на должности профессора и руководителя Кавендишской лаборатории.

Ранняя научная деятельность

Еще в студенческие годы Джозефа Томсона увлекал нерешенный вопрос: почему электрический разряд проходил даже в том случае, если в нем не участвовал ни один электрод?

Чтобы найти ответ, ученый запустил серию экспериментов с электролизом пара, а после — рентгеновским излучением. Вскоре Томсон обнаружил, что газы пропускали электричество под действием приложенного напряжения.

Однако Томсон сразу заметил парадокс: если приложенное напряжение было мало, то ионы в газах замедлялись и соединялись, или рекомбинировали. А вот если оно увеличивалось, то ионы начинали хаотично передвигаться — рекомбинация попросту не успевала наступить. Именно тогда ток достигал максимального значения, то есть становился «током насыщения».

Субатомный бульон: открытие электрона

Эти исследования привели Джозефа Джона Томсона к изучению катодных лучей — потока электронов, который двигался в вакуумной трубке. Он получил скорость заряженных частиц и определил их заряд к массе. И тут произошла небольшая несостыковка: они были в сотню раз легче молекул и атомов водорода!

Новые частицы Томсон назвал «корпускулами». Позже в науке они станут известны как электроны. Ученый определил, что эти элементы входили в состав атома. При этом его вес влиял на количество электронов. Мир узнал об открытии в 1897 году на заседании Лондонского королевского общества.

В 1904 году Томсон разработал «пудинговую модель атома». Томсон предположил, что атом представляет собой положительно заряженную «массу», внутри которой, как изюм в пудинге, распределены отрицательно заряженные электроны.

Преданность науке: последние годы Джозефа Томсона

В 1910-е годы Джозеф Джон проводил исследования в области идентификации вещества. Ученый хотел найти способ, как определить изотопный или химический состав элементов. И он его нашел! Это изобретение получило название метода масс-спектрометрии.

В 1913 году Томсон стал главой Лондонского королевского общества и активно участвовал в его научной деятельности. Он также продолжал быть руководителем лаборатории в Кембридж и через шесть уступил должность профессора Эрнесту Резерфорду.

С началом Первой мировой войны Джозеф Томсон был консультантом в Совете по изобретениям и исследованиям, а также стал главой Тринити-колледжа. Он занимался поиском ученых и привлечением их в местную лабораторию, где по-прежнему продолжал проводить опыты.

С 1921 года Томсон занимал пост президента Института физики. Последние двадцать лет он полностью посвятил себя университету. Джозеф активно участвовал в жизни студентов, посещая футбольные матчи или политические дебаты. Ученый скончался в Кембридже в 1940 году — на тот момент Джозефу Джону Томсону было 83 года.