Thomson Joseph John

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Thomson

[tọms^ən]

Sir Joseph John , ur. 18 XII 1856, Cheetham Hill k. Manchesteru, zm. 30 VIII 1940, Cambridge,

fizyk angielski.

Urodził się 18 XII 1856 w Cheetham Hill koło Manchesteru. Ojciec Thomsona był wydawcą książek i antykwarystą. Chciał dobrze pokierować nauką syna. Wybrał dla niego zawód inżyniera kolei żelaznych. Wiązało się to z odbyciem praktyki, za którą rodzina musiała drogo zapłacić. Czekając na przyjęcie do wytwórni lokomotyw, czternastoletni Joseph rozpoczął naukę w Owens College w Manchesterze (późniejszym uniwersytecie). Dwa lata później, po śmierci ojca, Josepha nie było już stać na opłacanie praktyki, więc z kariery inżyniera musiał zrezygnować. Dzięki uzyskanemu stypendium 1876 rozpoczął studia w Trinity College w Cambridge. Studiował matematykę, fizykę i chemię. Stopień doktora zdobył 1880 (rozprawę doktorską pisał z matematyki) i przez kilka lat wykładał w Cambridge matematykę.

W latach 1884–1919 był profesorem w katedrze fizyki eksperymentalnej i dyrektorem Cavendish Laboratory. Znacznie przyczynił się do rozwoju tej pracowni. Od 1919 do końca kariery naukowej pracował w Trinity College (już 1918 otrzymał zaszczytne stanowisko Master of Trinity College). W 1884 został członkiem Towarzystwa Królewskiego w Londynie (1915–20 był jego przewodniczącym), 1921 — członkiem Polskiej Akademii Umiejętności, 1925 — Akademii Nauk ZSRR.

Odkrycia Thomsona przyczyniły się w znacznym stopniu do rozwoju nauki o budowie materii. Za teoretyczne i doświadczalne badania nad przepływem prądu elektrycznego w gazach i odkrycie swobodnych elektronów 1906 otrzymał Nagrodę Nobla. W 1908 uzyskał szlachectwo. Do jego głównych prac należą: The Corpuscular Theory of Matter (1907), Recollections and Reflections (1936).

Thomson regularnie grywał w golfa, interesował się też innymi dziedzinami sportu (jako kibic), ale jego prawdziwą pasją i wielką miłością była botanika. Ożenił się z Rose Elizabeth Paget. Miał dwoje dzieci, syn George Paget, był — podobnie jak ojciec — wielkim fizykiem. Thomson zmarł 30 VIII 1940 w Cambridge. Jego prochy znajdują się w katedrze westminsterskiej.

Odkrycie elektronu

Na początku pracy w Cavendish Laboratory Thomson rozpoczął eksperymenty dotyczące przepływu prądu w rozrzedzonych gazach. Podczas tych badań obserwował odchylenie promieni katodowych w polu elektrycznym i magnetycznym. (promieniami katodowymi nazywa się promienie biegnące od katody do anody w rurze do wyładowań elektrycznych z dostatecznie rozrzedzonym gazem). Wówczas fizycy wiedzieli o ich istnieniu, spierali się jednak co do natury promieni i procesu, w którym powstają. Thomson przeprowadził staranne badania, m.in. 1897 wyznaczył stosunek ich ładunku do masy (e/m). Dowiódł, że jest to wartość stała (10⁻⁷), niezależna od natury gazu i ciśnienia oraz materiału katody. Wywnioskował, że promienie katodowe są strumieniem bardzo małych naładowanych cząstek materialnych (które nazwał korpuskułami), mniejszych od najlżejszego atomu (atomu wodoru). Zaproponował też sposoby badania tych cząstek. Następnie wykazał, że identyczną wartość stosunku e/m mają cząstki emitowane w zjawisku fotoelektrycznym. Jego pomiary ukazały prawdziwą naturę promieni katodowych — pokazały mianowicie, że stanowi je strumień elektronów, co było jednocześnie równoznaczne z odkryciem elektronu (pierwszego bezpośredniego pomiaru ładunku elektrycznego elektronu dokonał 1909 R.A. Millikan; Millikana doświadczenie). Elektron był pierwszą poznaną cząstką elementarną (tj. cząstką, która nie ma struktury wewnętrznej).

Pozostałe prace

W 1903 Thomson podał model atomu (stosunkowo szybko odrzucony), według którego atom miał składać się z elektronów poruszających się w kuli o równomiernie rozłożonym ładunku. Jego model atomu nazwano „modelem ciasta z rodzynkami”. Na podstawie badań nad rozpraszaniem promieni rentgenowskich przez pierwiastki lekkie stwierdził, że liczba elektronów w atomach jest równa połowie ich liczby masowej. Prowadząc prace nad promieniowaniem anodowym, 1911 dokonał pierwszej analizy wiązki jonów, a 1913 odkrył (wspólnie z F.W. Astonem) istnienie trwałych izotopów neonu, wykazując, że również pierwiastki niepromieniotwórcze mają izotopy.