Joseph John Thomson en sus experimentos con tubos catódicos

Joseph John Thomson en sus experimentos con tubos catódicos


El 30 de abril de 1897 el físico británico Joseph John Thomson anunció en una conferencia impartida en la Royal Institution (Londres) los resultados de su experimentos con rayos catódicos y, en particular, el descubrimiento de una nueva partícula, la cual era aproximadamente mil veces más ligera que el hidrógeno, más pequeñas que los átomos, que él llamó “corpúsculos”, y que según él, carecía de interés para cualquier persona relacionada con la física.

Los resultados se publicaron en la revista  Philosophical Magazine, 44, 293 (1897). La transcripción del artículo se puede ver aquí. El electrón era una partícula más ligera que cualquier elemento conocido y constituyente de todos los átomos; lo que demostraba que estos no eran indivisibles. Este descubrimiento supuso uno de los hitos de la revolución de la ciencia de finales del siglo XIX que desembocó en una nueva concepción de la estructura de la materia y su interacción con la energía.

Mientras que al principio fueron controversiales, los científicos gradualmente aceptaron los descubrimientos de Thomson.

El electrón
El electrón

El nombre de electrón fue la designación propuesta años antes por el irlandés George Johnstone Stoney, que había teorizado sobre su existencia; describió al electrón como electrón la unidad fundamental de carga eléctrica. Joseph John Thomson fue, por lo tanto, el primero que identificó partículas subatómicas, y llegó a importantes conclusiones sobre estas partículas cargadas negativamente: con el aparato que construyó obtuvo la relación entre la carga eléctrica y la masa del electrón.

La palabra “elektron” es la palabra griega para designar el ámbar, la resina amarilla fósil de los árboles de hoja perenne, un “material plástico natural” que ya era conocido por los antiguos griegos. Es sabido que cuando se frota el ámbar con un paño seco, se produce la que hoy es conocida como electricidad estática, que puede atraer objetos ligeros como trozos de papel. 

Thomson investigaba el efecto de las descargas electrícas sobre gases a presión reducida, usando tubos de descargas como el de Crookes (1832-1919) o el de Hittorf (1824-1914). Estaba especialmente interesado en el estudio de los rayos catódicos, un término acuñado por Goldstein (1850-1930).

A finales del siglo XIX, el físico J.J. Thomson comenzó a experimentar con tubos de rayos catódicos. Los tubos de rayos catódicos son tubos de vidrio sellados en los que se ha extraído la mayor parte del aire.

Al aplicar un alto voltaje entre los electrodos, que se encuentran uno a cada lado del tubo, un rayo de partículas fluye del cátodo (el electrodo negativamente cargado) al ánodo (el electrodo positivamente cargado). Los tubos se llaman “tubos de rayos catódicos” porque el rayo de partículas o “rayo catódico” se origina en el cátodo. El rayo puede ser detectado al pintar el extremo del tubo correspondiente al ánodo con un material conocido como fósforo. Cuando el rayo catódico lo impacta, el fósforo produce una chispa o emite luz.

Para verificar las propiedades de las partículas, Thomson colocó el tubo de rayos catódicos entre dos placas con cargas opuestas, y observó que el rayo se desviaba, alejándose de la placa cargada negativamente y acercándose a la placa cargada positivamente. De este hecho infirió que el rayo estaba compuesto de partículas negativamente cargadas.Thomson también colocó dos imanes a cada lado del tubo, y observó que el campo magnético también desviaba el rayo catódico. Los resultados de este experimento ayudaron a Thomson a determinar la razón masa a carga de las partículas del rayo catódico, que lo llevó a un descubrimiento fascinante −−minusla masa de cada partícula era mucho, mucho menor que la de todo átomo conocido—. Thomson repitió su experimento con electrodos hechos de diferentes metales, y encontró que las propiedades del rayo catódico permanecían constantes, sin importar el material del cual se originaban.

Thomson hizo el descubrimiento en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, del que era director, y recibió el Premio Nobel de Física en 1906 por el descubrimiento del electrón.

Curiosamente, su hijo George Pagget Thomson(1892-1975) también fue galardonado con el Premio Nobel (Física, 1937) por demostrar que el electrón es una onda; constituyendo la demostración experimental de la dualidad onda-corpúsculo de las partículas elementales.

Introduce la idea de que el átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales: electrones (con carga eléctrica negativa) protones (con carga eléctrica positiva), neutrones (sin carga eléctrica). Thomson considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva en la cual se distribuyen los electrones “como pequeños granitos, de forma similar a las pepitas de una sandía”.

En 1897 descubrió Joseph John Thomson fue, por tanto, el primero que identificó partículas subatómicas y dio importantes conclusiones sobre esas partículas cargadas negativamente.

Con el aparato que construyó obtuvo la relación entre la carga eléctrica y la masa del electrón. Su descubrimiento causó gran sensación en los círculos científicos y le valió posteriormente, en 1906, el premio Nobel de Física.

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