Door Rosann Kozlowski, bijgewerkt op 30 augustus 2022

ismagilov/iStock/GettyImages

Het baanbrekende werk van Joseph John Thomson heeft ons begrip van het atoom opnieuw vormgegeven. Thomson, een wiskundige die experimenteel natuurkundige werd, ontdekte het elektron, vond de massaspectrometer uit en onthulde het bestaan van isotopen – fundamenten die ten grondslag liggen aan de moderne natuurkunde en scheikunde.

Het vroege leven en de academische basis

Thomson, geboren in Manchester, Engeland, in 1856, werd aanvankelijk richting techniek gestuurd. Toen de dood van zijn vader dat pad onhoudbaar maakte, verdiende hij in 1876 een studiebeurs aan het Trinity College, Cambridge, om wiskunde te studeren. Nadat hij in 1880 Fellow werd, werd hij in 1884 benoemd tot Cavendish Professor of Experimental Physics, als opvolger van Lord Rayleigh.

Het atoom doorbreken:kathodestraalexperimenten

Vanaf 1894 onderzocht Thomson kathodestralen:stromen geladen deeltjes in een vacuümbuis. Door hun gedrag in lucht en vacuüm te vergelijken, constateerde hij dat de deeltjes opmerkelijk ver reisden, wat erop wijst dat ze veel kleiner waren dan de atomen zelf.

Het elektron ontdekken

Thomson verfijnde zijn apparaat om deze stralen af te buigen met behulp van elektrische en magnetische velden. Door de afbuighoeken te meten, kon hij de verhouding tussen lading en massa berekenen, die voor alle gassen constant bleef. Hij concludeerde dat de deeltjes universele subatomaire bestanddelen waren, die hij ‘lichaampjes’ noemde. Deze werden later elektronen genoemd, de negatief geladen bouwstenen van materie.

Het pruimenpuddingmodel

In 1904 stelde Thomson zijn beroemde pruimenpuddingmodel voor:een positief geladen bol waarin elektronen zijn ingebed als pruimen. Hoewel het later werd weerlegd door het nucleaire model van Rutherford uit 1911, was het de eerste poging om subatomaire deeltjes in een atoomtheorie op te nemen.

Uitvinding van de massaspectrometer

Thomson breidde het kathodestraalbuisconcept uit naar positieve ionen, waardoor de eerste massaspectrometer ontstond. Door een fluorescerend scherm en nauwkeurige magnetische afbuiging toe te voegen, kon hij de verhoudingen tussen massa en lading als afzonderlijke parabolen uitzetten. In samenwerking met student Francis William Aston legde Thomsons instrument de basis voor moderne massaanalyse.

Isotopen blootleggen

Met behulp van de massaspectrometer ontdekten Thomson en Aston in 1912 twee verschillende neonionpatronen - atoommassa's 20 en 22 - waaruit bleek dat atomen van hetzelfde element in massa konden verschillen. Deze ontdekking van isotopen vond plaats vóór de identificatie van het neutron in 1932.

Erfenis en onderscheidingen

In 1906 ontving Thomson de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn onderzoek naar de geleiding van elektriciteit door gassen , en hij wordt gevierd voor het definiëren van het elektron, baanbrekende massaspectrometrie en het identificeren van isotopen. Zijn werk blijft zowel de natuurkunde als de scheikunde beïnvloeden.

Latere jaren en voorbijgaan

Thomson bleef hoogleraar aan Cambridge tot aan zijn dood in augustus 1940. Hij ligt begraven in Westminster Abbey, naast Isaac Newton en Charles Darwin.