Откриће електрона

Иако су крајем деветнаестог века физичари увелико били у стању да математички опишу електричне појаве и утврде законитости које овим појавама управљају, носилац и природа елементарног електричног набоја били су и даље загонетни. Недељива, најмања количина електрицитета која би објаснила хемијска својства атома била је предмет теоријских разматрања још од рада Ричарда Леминга из 1838. године. Три године пре Томсоновог открића, том, још увек хипотетичном, најмањем електричном набоју назив електрон дао је ирски физичар Џорџ Џонстон Стоуни. Стоуни је, међутим, сматрао да је тај набој неодвојив од целине атома. Насупрот томе, немачки физичар Херман фон Хелмхолц заступао је тезу да елементарни позитивни и негативни набоји постоје у природи као својеврсни „атоми електрицитета".

Експерименти који су Томсону и његовим колегама Таунсенду и Вилсону омогућили откриће електрона били су засновани на катодној цеви. Катодна цев састоји се од пара електрода смештених у вакууму и прикључених на извор електричног напона. Под овим условима, са негативне електроде, или катоде, емитују се ка позитивној електроди, односно аноди, до тада тајанствени катодни зраци. Проучавајући катодне зраке, надовезујући се на радове Хиторфа, Крукса и Шустера, Томсон је уочио да се катодни зраци понашају као да се састоје од снопова неких сићушних честица. Затим је успео да прецизно измери масу тих честица и утврди да је та маса око хиљаду пута мања од масе најлакшег атома у космосу ‒ атома водоника. Поред тога, Томсон је показао да је однос наелектрисања и масе катодних честица независан од карактеристика катоде, као и да, осим катодних цеви, сличне честице емитују радиоактивни, загрејани или осветљени материјали. Ирски физичар Џорџ Фицџералд предложио је да Томсонове честице добију назив електрони, будући да суштински одговарају јединичном наелектрисању за које је тај назив резервисао његов сународник Стоуни. Откриће електрона било је прво откриће једне елементарне честице у историји.

У чувеном експерименту са наелектрисаном капљицом уља 1909. године, амерички физичари Роберт Миликен и Харви Флечер знатно су прецизније измерили наелектрисање електрона. Развој атомске теорије у двадесетом веку довео је до разумевања места које електрони заузимају у устројству атома и њихове улоге у одређивању хемијских одлика сваког хемијског елемента или једињења. Квантна механика ће касније пружити суштинско објашњење одлика електрона, у чему пресудан значај припада радовима Нилса Бора, Волфганга Паулија, Луја де Брољија, Пола Дирака и Ричарда Фајнмана, уз допринос небројених других научника. Постало је јасно да електрон, а заправо и било која друга елементарна честица, осим као честица једнако може да се испољи или опише као талас, у зависности од апаратуре којом га детектујемо, начина како га посматрамо и појаве коју проучавамо. Тако је пут којим је Томсоново откриће електрона повело генерације физичара ништа мање но пут ка све дубљем увиду у природу материје ‒ пут на ком наше данашње сагледавање ствари, неспорно потпуније него икада раније у људској историји, готово извесно није последња станица нити крајње одредиште.