Tại sao phát hiện ra electron lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Nguyên tử chưa bao giờ được nhìn thấy. Định nghĩa về nguyên tử chỉ được hiểu là các hạt nhỏ nhất, là thành phần cơ bản cấu thành nên vật chất. Trong thế kỷ XIX, nguyên tử vẫn chỉ tồn tại trong lý luận là những hạt cực nhỏ mà mắt thường không tồn thể nhìn thấy được. Thế nhưng lại có người tuyên bố rằng mình đã khám phá ra các hạt nhỏ hơn, vậy chuyện đó là như thế nào? Các hạt nhỏ như vậy thực sự còn có thể chia nhỏ hơn được nữa không?

J.J. Thompson chính là người đã phát hiện và chứng minh được sự tồn tại của electron mặc dù là ông chưa thể nhìn thấy hay tách được chúng ra. Electron là hạt hạ nguyên tử đầu tiên được phát hiện và được xác nhận là loại hạt đầu tiên cấu tạo nên vật chất nhỏ hơn cả nguyên tử. Khám phá này đã cung cấp cho chúng ta bằng chứng về một đơn vị mang điện cơ bản và miêu tả về nó. Những thí nghiệm và phát hiện của J.J. Thompson đã mở ra một lĩnh vực khoa học mới – Vật lý hạt.

Electron được phát hiện ra như thế nào?

Joseph John Thomson sinh ra vào ngày tháng 12 năm 1856 tại Manchester, nước Anh. Năm 11 tuổi, ông bỏ tên thánh của mình và chỉ để lại tên họ viết tắt. J.J. Thompson học tại trường cao đẳng Owens, sau này ông đã đem nền tảng kiến thức về toán học và công trình học thu lượm được ở trường áp dụng vào lĩnh vực nghiên cứu vậy lý. Năm 1984, ông được bầu làm chủ tịch phòng thí nghiệm vật lý Cavendish nổi tiếng của trường Đại học Cambridge. Mười ba năm sau đó ông vẫn làm việc tại Cavendish, chính ở nơi đây ông đã làm thí nghiệm phát hiện ra electron.

Năm 1856, một người Đức tên là Julius Plucker đã tìm ra tia catot (tia mang điện tích âm), tuy nhiên sự tồn tại của tia catot lại không được công nhận. Cuộc tranh luận lớn nổ ra với câu hỏi “catot là tia hay là hạt?” và các nhà khoa học đã tranh luận không ngừng về điều này .

Năm 1896, J.J. Thompson quyết định làm một thí nghiệm để giải quyết cuộc tranh luận về tia catot. Thí nghiệm được tiến hành như sau: đầu tiên ông tạo ra một ống đựng tia catot, sau đó chiếu tia này trên một miếng kim loại và kết quả là trên bề mặt miếng kim loại thu được điện tích âm. Điều này chứng tỏ tia catot phải mang điện tích âm. Tiếp sau đó ông dùng một thước huỳnh quang chứng minh từ trường của nó sẽ làm lệch hướng tia catot (trước đó đã có người tiến hành thí nghiệm như thế này).

Tiếp đó, J.J. Thompson đem miếng kim loại mỏng bên trong của ống đựng tia catot gắn với một cục pin, và kết quả là điện từ cũng làm lệch hướng tia catot (sau khi được nối với pin thấy vị trí của điểm sáng trên thước huỳnh quang bị thay đổi).

Cuối cùng ông lại tạo một ống chứa tia catot khác và một tấm kim loại có khe hở, tia catot sẽ được dẫn theo khe hở này. Mặt kia của thanh kim loại ông gắn từ trường để làm cho tia catot lệch theo một hướng và dưới tác dụng của từ trường nó sẽ chuyển sang hướng ngược lại.

J.J. Thompson đã hiểu được hai lực từ trường này được tạo ra thế nào. Ông chỉ cần đo được độ lệch hướng do mỗi loại lực gây ra trong dòng tia catot (sự đổi hướng) là có thể tính ra được khối lượng các hạt nhỏ chạy trong tia âm cực. Xác định được các hạt này thì có thể giải đáp được câu đố gây nhiều tranh cãi.

Khi bắt đầu tiến hành thí nghiệm, J.J. Thompson không dám tin mình sẽ thu được kết quả kỳ diệu như vậy. Tỷ lệ của điện tích đối với khối lượng hạt rất lớn, điều này có nghĩa là khối lượng của các hạt sẽ phỉa nhỏ hơn rất nhiều so với bất kỳ hạt nào đã từng được phát hiện trước đây.

Ông đã tiến hành thí nghiệm hàng trăm lần, thậm chí còn tháo từng bộ phận máy đo ra rồi lại lắp vào, nhưng mỗi lần kết quả thu được đều giống như ban đầu. Khối lượng các hạt nhỏ này nhất định phải nhỏ bằng 1/1000 khối lượng các hạt proton (nguyên tử hidro), nó phải nhỏ hơn các nguyên tử nhỏ nhất (theo giả thiết nguyên tử là các hạt nhỏ nhất) là 1.000 lần.

J.J. Thompson là người đầu tiên trên thế giới đã phát hiện ra loại hạt nhỏ nhất. Ông đã tự chứng minh thí nghiệm này vài trăm lần và đã viết thành bản luận văn giải thích chi tiết phát hiện của mình. Đến lúc này người ta mới tin rằng ông thực sự phát hiện ra sự tồn tại của loại hạt đó.

Năm 1891, George Stoney, nhà vật lý người Ailen đã đặt tên cho loại hạt nhỏ này là “electron”, có điều ông không biết gì về tính chất của nó J.J. Thompson cũng đồng ý cái tên “electron” bởi vì đây là các hạt mang dòng điện. Năm 1898, một người Pháp có tên là Bequerel đã đưa ra bức hình về “electron”, nó đã trở thành một minh chứng hùng hồn cho phát hiện vĩ đại của J.J. Thompson

schoolnet@