زندگینامه جوزف جان تامسون

 (۱۸۵۶-۱۹۴۰ م) جوزف تامسون نخستین فردی است که یک ذره ی کوچکتر از آنم را کشف کرده است. او که فرزند یک کتاب فروش بود، در نزدیک منچستر انگلیس به دنیا آمد و در یک کالج محلی تحصیل کرد. در سال ۱۸۷۶ در ترینیتی کالج کمبریج پذیرفته شد و پس از آن که به عنوان دانشجو درخشید، در دانشگاه به تدریس فیزیک مشغول شد. او در سال ۱۸۸۴ استاد فیزیک تجربی در آزمایشگاه کاوندیش شده تامسون در سال ۱۸۹۷ پرتوهای کاتودی را که در لامپ های محتوی گاز با فشار کم به وجود آمده بود مورد پژوهش قرار داد.

وقتی این لامپ را به ولتاژ زیاد متصل می کرد، پرتوها از قطب منفی (کانون) تخلیه می شدند. دانشمندان می پرسیدند: آیا این پرتوها ذره اند یا موج؟

تامسون ثابت کرد که آنها ذره اند. در یک آزمایش، ذرات چرخی را که او در مسیر پرتوها قرار داده بود حرکت دادند. تامسون به دلیل آن که این ذرات در میدان الکتریکی از مسیر مستقیم خود انحنا پیدا می کنند، ثابت کرد که آنها دارای بار الکتریکی منفی اند. او گازهای مختلف را در لامپ پرتو کاتودی قرار داد و مشاهده کرد که در تمام آنها جریانی از ذرات با همان ویژگی ها تولید می شود و نتیجه گرفت که تمام مواد دارای این نوع ذره اند، که به الكترون معروف شدند. او نسبت بار الکترون به جرم آن را اندازه گرفت. با فرض این که الکترون دارای یکای بار منفی است، او نشان داد که جرم آن تقریبا دو هزار مرتبه کوچک تر از جرم اتم هیدروژن است. به این ترتیب، نخستین ذره ی زیراتمی کشف شد.

به دلیل آن که اتمها از نظر بار الکتریکی خنثی هستند، تامسون تصور می کرد که الكترونها با مادهی با بار مثبت در اتم، مانند دانه های کشمش که در کیک قرار دارند، مخلوط اند. از این رو اتم مدل تامسون به نام «کیک کشمشی» معروف است.

او به یکی از دانشجویانش به نام ارنست رادرفورد مأموریت داد تا ساختار اتم را مورد بررسی قرار دهد. رادرفورد به کمک تامسون نشان داد که مدل کیک کشمشی درست نیست. به جای آن که الكترونها با پروتونها مخلوط باشند، الكترونها مانند سیاراتی که دور خورشید می گردند، اطراف هسته دوران می کنند. تامسون روشی برای جداسازی اتم هایی که جرم آنها اندکی با هم تفاوت داشت پیدا کرد.

او برای آن که بار مثبت به دست آورد، یکی از الکترونها را از اتم دور کرد. وقتی اتم های باردار را از میدان الكترومغناطیسی عبور داد، متوجه شد که اتم های سنگین تر کم تر منحرف می شوند. او در آزمایش های بعدی نشان داد که اتم های یک عنصر ممکن است از نظر جرم اتمی متفاوت باشند. آزمایش های او ثابت کرد که نوعی از اتم های نئون ده درصد سنگین تر از نوع دیگر همان اتم است، اگرچه آنها از نظر شیمیایی مشابه اند.

تامسون از درس دادن لذت می برد و اعتقاد داشت که پرسش ذهن های جوان به پژوهش های او کمک می کند. او دانشجویان را تشویق می کرد که قبل از خواندن هر چیز، آن را آزمایش کنند تا تحت تأثیر نظریه های پیشین قرار نگیرند. تامسون در سال ۱۹۰۶ به دلیل کشف الكترون جایزهی نوبل فیزیک را دریافت کرد.