Sir John Joseph Thomson

‘Corpuscles ‘, de kleine, negatief geladen deeltjes, werden herdoopt tot ‘elektronen’

Sir John Joseph Thomson 1856-1940

Voor het begin van de 20ste eeuw, toen veel wetenschappers dachten dat de belangrijkste ontdekkingen op hun vakgebied al waren gedaan, verscheen de Engelsman John Joseph Thomson op het toneel en scheurde deze notie aan flarden. Net als in andere wetenschappelijke kwesties was er in de 19de eeuw ook duidelijkheid gekomen in de atoomtheorie. Wetenschappers meenden, bijvoorbeeld dat ze de eigenschappen en maten van atomen in elementen kenden, en zonder twijfel was waterstof het kleinste aller elementen. Dus toen ‘IJ: Thomson de ontdekking van een deeltje aankondigde dat maar eenduizendste van de massa van het waterstofatoom had, zorgde dat voor opschudding in de wereld van de wetenschap.

Debat over de kathodestralen

Vroegwijs volgde Thomson colleges in de theoretische natuurkunde – een nieuw vak dat niet op alle universiteiten werd gegeven – aan de Universiteit van Manchester toen hij pas veertien was. Zijn belangrijkste ontdekking deed hij toen hij aan het hoofd stond van het beroemde Cavendish Laboratory in Cambridge, een post die hij bekleedde van 1884 tot 1919. Hij had zich gestort op het bestuderen van de eigenschappen van kathodestralen, waarvan we nu weten dat het elektronenbundels zijn, maar die toen veel debat onder wetenschappers veroorzaakten. De stralen waren zichtbaar, zoals gewoon licht, maar ze waren duidelijk geen gewoon licht. Waren het misschien een soort röntgenstralen? De meesten dachten van niet. Om het debat te beslechten voerde Thomson een reeks experimenten uit om metingen aan deze kathodestralen te doen en hun aard op te helderen.

De massa van deeltjes meten

De stralen werden gemaakt door een elektrische lading door een luchtloze of gasloze buis te leiden. Door het vacuüm in de buis te verbeteren, bewees Thomson al snel dat de stralen konden worden afgebogen door elektrische en magnetische velden, iets wat nog niet eerder bekend was. Hieruit concludeerde hij dat de stralen uit deeltjes bestonden, niet uit golven. Thomson merkte op dat de stralen een negatieve lading hadden en niet specifiek bij een bepaald element leken te horen; ze waren steeds hetzelfde, welk gas je ook gebruikte om de elektrische lading door te leiden, of welk metaal je ook voor de kathode gebruikte. Thomson ontwikkelde een manier om de massa van de deeltjes te meten en ontdekte dat ze ongeveer eenduizendste van de massa van een waterstofatoom hadden. Hieruit concludeerde hij dat kathodestralen een stroom ‘corpuscles’ waren en, belangrijker, dat deze deeltjes in alle elementen zaten. Hij onthulde zijn ontdekking van dit subatomaire deeltje in april 1897 en legde zo een heel veld voor de wetenschap bloot. Thomsons conclusies werden al snel alom aanvaard, maar zijn terminologie niet. Het woord ‘corpuscle’ voor het kleine, negatief geladen deeltje werd herdoopt tot ‘elektron’, Grieks voor barnsteen, en is sindsdien een fundamentele term als het gaat om het begrip van de structuur van het atoom.

Het cavendisch laboratory

Thomsons positie in het Cavendish Laboratory hield in dat hij bij veel andere belangrijke natuurkundige projecten betrokken raakte. Hij was een uitstekende leraar en directeur, en had een belangrijk aandeel in het groeiende aanzien dat het laboratorium in de wereld van de natuurkunde kreeg. Zeven van zijn leerlingen zouden de Nobelprijs winnen, en ja, Thomson kreeg de prijs ook, voor natuurkunde, in 1906, en hij werd geridderd in 1908: en dit voor een man die eerst ingenieur wilde worden! Thomson werd in plaats daarvan wetenschapper, omdat hij het niet kon betalen om leerling van een ingenieur te worden – zijn vader was in 1872 gestorven. Het was een vreemde afslag die het lot nam, maar de natuurkunde is er dankbaar om.

Overige wapenfeiten

Hoewel er meer pretendenten zijn voor de titel ‘vader van de moderne natuurkunde’, is John Joseph Thomson waarschijnlijk wel de belangrijkste. Thomsons ontdekking van het elektron in 1897 betekende dat er een nieuwe kijk op de wereld kon ontstaan. Niet alleen bestonden stoffen uit deeltjes die onder een moderne elektronenmicroscoop niet te zien waren (wat wetenschappers van Democritus tot John Dalton hadden voorspeld), maar die deeltjes bestonden op zich weer uit nog kleinere deeltjes. De ontdekking van deze deeltjes riep vragen op over de structuur van de materie die tot op de dag van vandaag niet zijn beantwoord.

1870 Thomson gaat naar de Universiteit van Manchester als hij veertien is. April 1897 Claimt de ontdekking van het elektron. 1906 Ontvangt de Nobelprijs. 1908 Thomson wordt geridderd.

1906 Nobelprijs voor Natuurkunde Joseph John Thomson “Voor zijn theoretisch en experimenteel onderzoek naar de geleiding van elektriciteit door gassen.”