J. J. Thomson – brittisk fysiker, upptäckare av elektronen (Nobel 1906)

Sir Joseph John "J.J." Thomson, OM, FRS (18 december 1856 – 30 augusti 1940) var en brittisk fysiker och mottagare av Nobelpriset i fysik 1906. Han är mest känd för att ha upptäckt elektronen, för sina banbrytande studier av katodstrålar och för att ha utvecklat tekniker som ledde fram till masspektrometrin. Thomson tilldelades Nobelpriset 1906 för "sin upptäckt av elektronen och sitt arbete om elektricitetens ledning i gaser". John Joseph Thomson sade 1893 följande: "Det finns ingen annan gren av fysiken som ger oss en så lovande möjlighet att tränga in i elektricitetens hemlighet."

Biografi och karriär

Thomson föddes 1856 och utbildade sig vid bland annat Owens College i Manchester och senare vid universitetet i Cambridge, där han blev knuten till Cavendish-laboratoriet. År 1884 utnämndes han till Cavendishprofessor, en post han innehade under flera decennier och från vilken han ledde ett mycket produktivt forskarlaboratorium. Han erhöll flera utmärkelser och titlar under sin livstid, bland annat blev han adlad och kallades Sir Joseph John Thomson.

Upptäckten av elektronen och mätningar

År 1897 visade Thomson genom experiment med katodstrålar (strålar från en katod i en vakuumrörsliknande apparat) att dessa bestod av partiklar som bar negativ laddning och hade en mycket liten massa i förhållande till sin elektriska laddning. Dessa partiklar kom att kallas elektroner och var den första upptäckta subatomärapartikeln som bekräftades experimentellt. Thomson bestämde förhållandet mellan elektronens laddning och massa (e/m) till ungefär 1,76×10¹¹ C/kg, vilket visade att elektronen var mycket lättare än någon atomkänd då.

Atommodell och vidare forskning

I sin atomteori föreslog Thomson en modell där atomen var en sfär med jämnt fördelad positiv laddning med negativa elektroner inbäddade i den — ofta kallad "plumpudding"-modellen. Senare experiment och teorier visade att atomens uppbyggnad är mer komplex och innehåller flera elektroner samt en kompakt kärna, men Thomsons modell var ett viktigt steg mellan de tidiga atomidéerna och den moderna atomfysiken.

Utöver arbetet med elektroner undersökte Thomson även positiva strålar (anodstrålar eller kanalstrålar). År 1913 presenterade han det första beviset för förekomst av isotoper i ett stabilt (icke-radioaktivt) grundämne genom att skilja partiklar med olika massa i sina instrument. För detta utvecklade han tidiga varianter av masspektrometern (ibland kallad masspektrograf), vilket öppnade vägen för bestämning av atomvikter och upptäckten av isotoper.

Vetenskaplig påverkan och arv

Som chef för Cavendish-laboratoriet blev Thomson mentor för en generation fysiker som senare blev ledande forskare i sin tur. Många av de unga män som studerade och arbetade med honom vid universitetet i Cambridge blev också berömda fysiker, bland dem Ernest Rutherford. Hans son, George Paget Thomson, fortsatte också familjetraditionen och belönades senare med Nobelpriset för sina arbeten om elektroners diffraktion.

Thomsons metodiska experimentella arbete och utveckling av nya instrument hade stor betydelse för övergången från klassisk till modern fysik. Upptäckten av elektronen förändrade förståelsen av materia och elektricitet och lade grunden för kvantmekanikens och atomfysikens senare utveckling.

Sammanfattning

Födelse och död: 18 december 1856 – 30 augusti 1940.
Nyckelupptäckter: elektronen, tidiga bevis för isotoper, och tekniker som ledde till masspektrometern.
Priser och utmärkelser: Nobelpriset i fysik 1906 samt flera andra hedersbetygelser.
Roll som lärare: Ledd Cavendish-laboratoriet i Cambridge och fostrade flera framstående fysiker.

Frågor och svar

Fråga: Vem var Sir Joseph John "J.J." Thomson?

Svar: Sir Joseph John "J.J." Thomson var en brittisk fysiker och nobelpristagare som upptäckte elektronen och isotoper och uppfann masspektrometern.

F: Vad sa J.J. Thomson om elektricitet år 1893?

S: År 1893 sade J.J. Thomson: "Det finns ingen annan gren av fysiken som ger oss en så lovande möjlighet att tränga in i elektricitetens hemlighet".

F: Vad upptäckte J.J. Thomson år 1897?

S: År 1897 visade J.J. Thomson att katodstrålar bestod av en tidigare okänd negativt laddad partikel med mycket liten massa i förhållande till sin elektriska laddning - senare känd som elektronen - som var den första subatomära partikel som upptäcktes.

F: Vad antog J.J Thompson om atomer i atomteorin?

S: I atomteorin antog han att atomer var sfärer med jämnt fördelad positiv laddning, där en enskild negativt laddad elektron fanns inom varje atomkula.

F: När fann J.J Thompson bevis för isotoper? Svar: Han fann de första bevisen för isotoper av ett stabilt (icke-radioaktivt) grundämne 1913 när han studerade anodstrålar (positiva katjoner).

Fråga: Hur många kända fysiker studerade med honom vid universitetet i Cambridge? S: Många unga män som studerade och arbetade med honom vid University of Cambridge blev också berömda fysiker.