Дж. Дж. Томсон

Дж. Дж. Томсон (полное имя — Джозеф Джон Томсон; 18 декабря 1856, Читем-Хилл, Манчестер, Великобритания — 30 августа 1940, Кембридж, Великобритания) — британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 года, член Лондонского королевского общества (1884) и его президент (1915–1920). Наиболее известен экспериментальным открытием электрона в 1897 году, а также разработкой первой модели атома («пудинг с изюмом»). Внёс значительный вклад в изучение электрических разрядов в газах, масс-спектрометрию и теорию электромагнитного излучения.

Биография

Ранние годы и образование

Джозеф Джон Томсон родился в семье книготорговца и издателя. С детства проявлял интерес к естественным наукам. В 1870 году поступил в Оуэнс-колледж (ныне Манчестерский университет), где изучал математику, физику и химию. В 1876 году получил стипендию для обучения в Тринити-колледже Кембриджского университета, который окончил в 1880 году с отличием по математике (второй ранглер). В 1883 году стал профессором физики в Кембридже, сменив на этом посту Джеймса Клерка Максвелла.

Научная карьера

С 1884 года Томсон руководил Кавендишской лабораторией Кембриджского университета, превратив её в один из ведущих мировых центров экспериментальной физики. Под его руководством лаборатория выпустила семь будущих нобелевских лауреатов, включая Эрнеста Резерфорда и Чарльза Вильсона. В 1906 году Томсону была присуждена Нобелевская премия по физике «за теоретические и экспериментальные исследования прохождения электричества через газы». В 1918 году он стал магистром Тринити-колледжа, где продолжал научную работу до конца жизни.

Личная жизнь

В 1890 году Томсон женился на Роуз Элизабет Пэджет, дочери профессора физики. У них было двое детей: сын Джордж Пэджет Томсон (1892–1975), также ставший физиком и лауреатом Нобелевской премии (1937) за открытие дифракции электронов, и дочь Джоан. Томсон скончался 30 августа 1940 года в Кембридже и был похоронен в Вестминстерском аббатстве рядом с Исааком Ньютоном.

Научные достижения

Открытие электрона

Главным научным достижением Томсона стало экспериментальное доказательство существования электрона — первой элементарной частицы, меньшей атома. В 1897 году, работая с катодными лучами в вакуумных трубках, он установил, что эти лучи состоят из отрицательно заряженных частиц, масса которых примерно в 1836 раз меньше массы атома водорода. Томсон определил отношение заряда к массе (e/m) для этих частиц, используя отклонение лучей в электрическом и магнитном полях. Результаты были опубликованы в статье «Катодные лучи» (Philosophical Magazine, 1897). Открытие опровергло господствовавшее представление о неделимости атома и заложило основы современной физики элементарных частиц.

Модель атома «пудинг с изюмом»

В 1904 году Томсон предложил первую модель атома, известную как «пудинг с изюмом» (или модель Томсона). Согласно этой модели, атом представляет собой сферу равномерно распределённого положительного заряда, внутри которой находятся электроны, подобно изюминкам в пудинге. Электроны, по Томсону, могли вращаться по определённым орбитам, обеспечивая устойчивость атома. Модель объясняла электрическую нейтральность атома и некоторые спектральные закономерности, но была опровергнута в 1911 году опытами Эрнеста Резерфорда по рассеянию альфа-частиц, которые привели к созданию планетарной модели атома.

Исследования электрических разрядов в газах

Томсон провёл обширные исследования прохождения электрического тока через разреженные газы. Он разработал методы измерения подвижности ионов, изучал явления катодных лучей, рентгеновского излучения и фотоэффекта. Его работы по газовому разряду легли в основу создания газоразрядных ламп и электронно-лучевых трубок.

Масс-спектрометрия

В 1913 году Томсон, работая с парами неона, открыл существование изотопов — атомов одного химического элемента с разной массой. Он сконструировал первый масс-спектрограф (параболический масс-спектрограф), который позволял разделять ионы по их отношению массы к заряду. Это открытие положило начало масс-спектрометрии — методу, широко используемому в химии, биологии и медицине для анализа состава веществ.

Признание и награды

• Нобелевская премия по физике (1906)
• Медаль Копли (1914)
• Медаль Хьюза (1902)
• Медаль Франклина (1922)
• Рыцарство (1908) — получил титул сэра
• Орден «За заслуги» (1912)
• Президент Лондонского королевского общества (1915–1920)
• Иностранный член Академии наук СССР (1925)

В честь Томсона названы:

• Единица измерения отношения заряда к массе (томсон, 1 Th = 1 Да/эВ) в масс-спектрометрии
• Кратер на Луне (Томсон)
• Минерал томсонит
• Медаль Томсона (вручается Институтом физики, Великобритания)

Интересные факты

• Томсон был известен своей рассеянностью: однажды он забыл, что пришёл на лекцию, и начал читать её с середины.
• Его сын Джордж Пэджет Томсон получил Нобелевскую премию за открытие волновых свойств электронов, что стало экспериментальным подтверждением квантовой механики.
• Томсон был одним из первых, кто предложил использовать электроны для получения изображений — предвосхитил идею электронного микроскопа.
• В 1909 году Томсон был посвящён в рыцари королём Эдуардом VII, но предпочитал, чтобы его называли просто «профессор».

Источники

• Дж. Дж. Томсон. Катодные лучи // Philosophical Magazine, 1897.
• Дж. Дж. Томсон. Электричество и материя (1904).
• Дж. Дж. Томсон. Прохождение электричества через газы (1903).
• Биография Дж. Дж. Томсона на сайте Нобелевского комитета.
• Резерфорд Э. Воспоминания о Кавендишской лаборатории (1938).
• Большая советская энциклопедия, 3-е издание, статья «Томсон Джозеф Джон».