Av Rosann Kozlowski, uppdaterad 30 augusti 2022
ismagilov/iStock/GettyImages
Joseph John Thomsons banbrytande arbete omformade vår förståelse av atomen. En matematiker som blev experimentell fysiker, Thomson upptäckte elektronen, uppfann masspektrometern och avslöjade existensen av isotoper – grunder som ligger till grund för modern fysik och kemi.
Född i Manchester, England, 1856, styrdes Thomson initialt mot ingenjörskonst. När hans fars död gjorde den vägen ohållbar, fick han ett stipendium till Trinity College, Cambridge, 1876 för att studera matematik. Efter att ha blivit stipendiat 1880 utsågs han till Cavendish professor i experimentell fysik 1884, efterträdare av Lord Rayleigh.
Med början 1894 undersökte Thomson katodstrålar - strömmar av laddade partiklar i ett vakuumrör. Genom att jämföra deras beteende i luft och vakuum, observerade han att partiklarna färdades anmärkningsvärt långt, vilket tyder på att de var mycket mindre än själva atomerna.
Thomson förfinade sin apparat för att avleda dessa strålar med hjälp av elektriska och magnetiska fält. Genom att mäta avböjningsvinklarna kunde han beräkna förhållandet mellan laddning och massa, som förblev konstant över gaserna. Han drog slutsatsen att partiklarna var universella subatomära beståndsdelar, som han kallade "kroppar". Dessa fick senare namnet elektroner, materiens negativt laddade byggstenar.
1904 föreslog Thomson sin berömda plommonpuddingmodell:en positivt laddad sfär med elektroner inbäddade som plommon. Även om det senare motbevisades av Rutherfords kärnkraftsmodell från 1911, var det det första försöket att införliva subatomära partiklar i en atomteori.
Thomson utökade konceptet med katodstrålerör till positiva joner och skapade den första masspektrometern. Genom att lägga till en fluorescerande skärm och exakt magnetisk avböjning kunde han rita upp förhållandet mellan massa och laddning som distinkta paraboler. I samarbete med studenten Francis William Aston lade Thomsons instrument grunden för modern massanalys.
Med hjälp av masspektrometern upptäckte Thomson och Aston två distinkta neonjonmönster 1912 - atommassorna 20 och 22 - vilket avslöjade att atomer av samma element kunde skilja sig i massa. Denna upptäckt av isotoper uppnåddes före neutronens identifiering 1932.
År 1906 fick Thomson Nobelpriset i fysik för sina undersökningar om ledning av elektricitet genom gaser , och han är hyllad för att ha definierat elektronen, banbrytande masspektrometri och identifiering av isotoper. Hans arbete fortsätter att påverka både fysik och kemi.
Thomson förblev professor i Cambridge fram till sin död i augusti 1940. Han är begravd i Westminster Abbey bredvid Isaac Newton och Charles Darwin.
