Mnamo 1897, mwanafizikia wa Uingereza Joseph John Thomson (1856-1940) aligundua elektroni baada ya mfululizo wa majaribio yaliyolenga kuchunguza hali ya kutokwa kwa umeme kwenye utupu. Mwanasayansi maarufu alifasiri mkengeuko wa boriti ya bamba na sumaku zenye chaji ya umeme kama ushahidi kwamba elektroni ni ndogo zaidi kuliko atomi.
Mwanafizikia na mwanasayansi mkuu alipaswa kuwa mhandisi
Thomson Joseph John, mwanasayansi mkuu, mwanafizikia na mshauri, alipaswa kuwa mhandisi, kama baba yake alivyofikiria, lakini wakati huo familia haikuwa na njia ya kulipia elimu. Badala yake, Thomson mchanga alienda chuo kikuu huko Macester na baadaye huko Cambridge. Mnamo 1884 aliteuliwa kwa wadhifa wa kifahari wa Profesa wa Fizikia ya Majaribio huko Cambridge, ingawa yeye binafsi alifanya kazi ndogo sana ya majaribio. Aligundua talanta yake ya kukuza vifaa na kugundua shida zinazohusiana. Thomson Joseph John alikuwa mwalimu mzuri, akiwatia moyo wanafunzi wake na kutoaumakini mkubwa kwa tatizo pana la kuendeleza sayansi ya ualimu katika chuo kikuu na shule ya upili.
Mshindi wa Nobel
Thomson alipokea tuzo nyingi tofauti, ikiwa ni pamoja na Tuzo ya Nobel ya Fizikia mwaka wa 1906. Pia alifurahi sana kuona baadhi ya washirika wake wakipokea Tuzo lao la Nobel, kutia ndani Rutherford katika kemia mwaka wa 1908. Wanasayansi kadhaa kama vile William Prout na Norman Lockyer wamependekeza kwamba atomi si chembe ndogo zaidi katika ulimwengu na kwamba zimejengwa kutoka kwa vitengo vya msingi zaidi.
Ugunduzi wa elektroni (kwa ufupi)
Mnamo 1897, Thompson alipendekeza kuwa moja ya vitengo vya msingi ni ndogo mara 1,000 kuliko atomi, chembe hii ndogo ya atomiki ilijulikana kama elektroni. Mwanasayansi aligundua hili kupitia utafiti wake juu ya mali ya mionzi ya cathode. Alikadiria wingi wa miale ya cathode kwa kupima joto linalotolewa wakati miale ya mpito ya joto ilipogonga na kuilinganisha na mgeuko wa sumaku wa boriti. Majaribio yake hayaonyeshi tu kwamba miale ya cathode ni nyepesi mara 1000 kuliko atomi ya hidrojeni, lakini pia kwamba wingi wao ulikuwa sawa bila kujali aina ya atomi. Mwanasayansi huyo alifikia hitimisho kwamba miale hiyo inajumuisha chembe nyepesi sana, zenye chaji hasi, ambazo ni nyenzo za ujenzi wa atomi. Aliziita chembe hizi "corpuscles", lakini wanasayansi baadaye walipendelea jina "electrons", lililopendekezwa na George Johnston Stoney mwaka wa 1891.
Majaribio ya Thompson
Ikilinganisha mkengeuko wa mihimili ya cathode na sehemu za umeme na sumaku, mwanafizikia alipata vipimo vya kuaminika zaidi vya chaji na uzito wa elektroni. Jaribio la Thomson lilifanywa ndani ya mirija maalum ya cathode ray. Mnamo 1904, alidhani kwamba mfano wa atomi ni nyanja ya jambo chanya ambalo nafasi ya chembe imedhamiriwa na nguvu za kielektroniki. Ili kuelezea malipo yasiyo ya kawaida ya atomi, Thompson alipendekeza kwamba corpuscles zilisambazwa katika uwanja sare wa chaji chanya. Ugunduzi wa elektroni ulifanya iwezekane kuamini kwamba atomi inaweza kugawanywa katika sehemu ndogo zaidi, na ilikuwa hatua ya kwanza kuelekea kuunda kielelezo cha kina cha atomi.
Historia ya uvumbuzi
Joseph John Thomson anajulikana sana kama mgunduzi wa elektroni. Kwa muda mrefu wa kazi yake, profesa amefanya kazi katika nyanja mbalimbali za uendeshaji wa umeme kupitia gesi. Mnamo 1897 (mwaka wa ugunduzi wa elektroni), alithibitisha kwa majaribio kwamba ile inayoitwa miale ya cathode kwa kweli ni chembe zenye chaji hasi katika mwendo.
Maswali mengi ya kuvutia yanahusiana moja kwa moja na mchakato wa ufunguzi. Ni wazi kwamba tabia ya mionzi ya cathode hutangulia Thomson, na wanasayansi kadhaa tayari wametoa michango muhimu. Je, tunaweza kusema kwa uhakika kwamba ni Thomson ambaye alikuwa wa kwanza kugundua elektroni? Baada ya yote, hakugundua bomba la utupu au uwepo wa mionzi ya cathode. Ugunduzi wa elektroni ni mchakato wa mkusanyiko. Waanzilishi walio na sifa huchangia muhimu zaidimchango, muhtasari na kupanga tajriba yote iliyokusanywa mbele yake.
Thomson cathode ray tubes
Ugunduzi mkubwa wa elektroni ulifanywa kwa vifaa maalum na chini ya hali fulani. Thomson alifanya mfululizo wa majaribio kwa kutumia bomba la mionzi ya cathode, ambayo inajumuisha sahani mbili, mihimili ilitakiwa kusafiri kati yao. Mzozo wa muda mrefu kuhusu asili ya miale ya cathode, ambayo hutokea wakati mkondo wa umeme unapita kwenye chombo ambacho hewa nyingi imetolewa, umesitishwa.
Chombo hiki kilikuwa bomba la cathode ray. Kwa kutumia mbinu iliyoboreshwa ya utupu, Thomson aliweza kutoa hoja yenye kusadikisha kwamba mihimili hii iliundwa na chembe chembe, bila kujali aina ya gesi na aina ya chuma iliyotumiwa kama kondakta. Thomson anaweza kuitwa kwa haki mtu aliyegawanya atomi.
Kutengwa kwa kisayansi? Hii haimhusu Thomson
Mwanafizikia mashuhuri wa wakati wake hakuwa mfuasi wa kisayansi, kama vile mtu hufikiria mara nyingi kuhusu wanasayansi mahiri. Alikuwa mkuu wa utawala wa Maabara ya Cavendish yenye mafanikio makubwa. Hapo ndipo mwanasayansi huyo alipokutana na Rose Elizabeth Paget, ambaye alimuoa mwaka 1890.
Thomson hakusimamia tu idadi ya miradi ya utafiti, pia alifadhili ukarabati wa vifaa vya maabara kwa usaidizi mdogo kutoka kwa chuo kikuu na vyuo vikuu. Ilikuwa na talantamwalimu. Watu aliowakusanya kutoka 1895 hadi 1914 walitoka duniani kote. Baadhi yao walishinda Tuzo saba za Nobel chini yake.
Ilikuwa ni wakati wa kufanya kazi na Thomson katika Maabara ya Cavendish mwaka wa 1910 ambapo Ernest Rutherford alifanya utafiti uliopelekea uelewa wa kisasa wa muundo wa ndani wa atomi.
Thomson alichukua ufundishaji wake kwa uzito sana: alikuwa akifundisha mara kwa mara katika madarasa ya msingi asubuhi na kufundisha sayansi ili kuhitimu wanafunzi mchana. Mwanasayansi aliona fundisho hilo kuwa muhimu kwa mtafiti, kwani inahitaji kurekebisha maoni ya kimsingi mara kwa mara na wakati huo huo kuacha nafasi ya uwezekano wa kugundua kitu kipya ambacho hakuna mtu aliyezingatia hapo awali. Historia ya ugunduzi wa elektroni inathibitisha wazi hili. Thompson alijitolea zaidi ya shughuli zake za kisayansi kwa utafiti wa kifungu cha chembe za sasa zinazochajiwa kwa njia ya gesi adimu na nafasi ya utupu. Alikuwa akijishughulisha na utafiti wa cathode na X-rays na akatoa mchango mkubwa katika utafiti wa fizikia ya atomiki. Kwa kuongezea, Thomson pia alianzisha nadharia ya mwendo wa elektroni katika sehemu za sumaku na umeme.
