Otkriće elektrona

Iako su krajem devetnaestog veka fizičari uveliko bili u stanju da matematički opišu električne pojave i utvrde zakonitosti koje ovim pojavama upravljaju, nosilac i priroda elementarnog električnog naboja bili su i dalje zagonetni. Nedeljiva, najmanja količina elektriciteta koja bi objasnila hemijska svojstva atoma bila je predmet teorijskih razmatranja još od rada Ričarda Leminga iz 1838. godine. Tri godine pre Tomsonovog otkrića, tom, još uvek hipotetičnom, najmanjem električnom naboju naziv elektron dao je irski fizičar Džordž Džonston Stouni. Stouni je, međutim, smatrao da je taj naboj neodvojiv od celine atoma. Nasuprot tome, nemački fizičar Herman fon Helmholc zastupao je tezu da elementarni pozitivni i negativni naboji postoje u prirodi kao svojevrsni „atomi elektriciteta".

Eksperimenti koji su Tomsonu i njegovim kolegama Taunsendu i Vilsonu omogućili otkriće elektrona bili su zasnovani na katodnoj cevi. Katodna cev sastoji se od para elektroda smeštenih u vakuumu i priključenih na izvor električnog napona. Pod ovim uslovima, sa negativne elektrode, ili katode, emituju se ka pozitivnoj elektrodi, odnosno anodi, do tada tajanstveni katodni zraci. Proučavajući katodne zrake, nadovezujući se na radove Hitorfa, Kruksa i Šustera, Tomson je uočio da se katodni zraci ponašaju kao da se sastoje od snopova nekih sićušnih čestica. Zatim je uspeo da precizno izmeri masu tih čestica i utvrdi da je ta masa oko hiljadu puta manja od mase najlakšeg atoma u kosmosu ‒ atoma vodonika. Pored toga, Tomson je pokazao da je odnos naelektrisanja i mase katodnih čestica nezavisan od karakteristika katode, kao i da, osim katodnih cevi, slične čestice emituju radioaktivni, zagrejani ili osvetljeni materijali. Irski fizičar Džordž Ficdžerald predložio je da Tomsonove čestice dobiju naziv elektroni, budući da suštinski odgovaraju jediničnom naelektrisanju za koje je taj naziv rezervisao njegov sunarodnik Stouni. Otkriće elektrona bilo je prvo otkriće jedne elementarne čestice u istoriji.

U čuvenom eksperimentu sa naelektrisanom kapljicom ulja 1909. godine, američki fizičari Robert Miliken i Harvi Flečer znatno su preciznije izmerili naelektrisanje elektrona. Razvoj atomske teorije u dvadesetom veku doveo je do razumevanja mesta koje elektroni zauzimaju u ustrojstvu atoma i njihove uloge u određivanju hemijskih odlika svakog hemijskog elementa ili jedinjenja. Kvantna mehanika će kasnije pružiti suštinsko objašnjenje odlika elektrona, u čemu presudan značaj pripada radovima Nilsa Bora, Volfganga Paulija, Luja de Broljija, Pola Diraka i Ričarda Fajnmana, uz doprinos nebrojenih drugih naučnika. Postalo je jasno da elektron, a zapravo i bilo koja druga elementarna čestica, osim kao čestica jednako može da se ispolji ili opiše kao talas, u zavisnosti od aparature kojom ga detektujemo, načina kako ga posmatramo i pojave koju proučavamo. Tako je put kojim je Tomsonovo otkriće elektrona povelo generacije fizičara ništa manje no put ka sve dubljem uvidu u prirodu materije ‒ put na kom naše današnje sagledavanje stvari, nesporno potpunije nego ikada ranije u ljudskoj istoriji, gotovo izvesno nije poslednja stanica niti krajnje odredište.