CÁC THÍ NGHIỆM CỦA JOSEPH JOHN THOMSON
Vai trò quyết định trong việc thiết lập bản chất các tia âm cực thuộc về nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson (1856 - 1940). Ông đã viết những câu sau trong quá trình tiến hành các thí nghiệm của mình: ''Tia âm cực là những hạt gì? Nguyên tử hay phân tử hay là một loại vật chất ở trạng thái tinh vi hơn?'' Thiết bị trong thí nghiệm của ông là một ống tia điện tử. Âm cực K được nung nóng và là nguồn của các tia âm cực, các tia này được gia tốc bởi điện trường giữa dương cực (anôt) A và âm cực (catôt) K. Ở trung tâm dương cực có một lỗ nhỏ. Các tia âm cực đi qua lỗ nhỏ đó và chuyển động thẳng với vận tốc v rồi rơi vào điểm G trên mặt S của ống nằm sau lỗ ở đương cực.
Nếu mặt S được tráng bằng chất huỳnh quang thì hạt rơi vào điểm G sẽ làm xuất hiện điểm sáng. Trên quỹ đạo từ A đến G, các hạt đi qua tụ CD, hai bản của tụ được nối với hai cực của nguồn điện.
Nếu bật nguồn điện thì chùm hạt sẽ bị lệch bởi điện tường và trên mặt S điểm sáng sẽ xuất hiện ở điểm GI. Nếu áp đặt giữa hai bản tụ điện thêm một từ trưởng thẳng góc với mặt phẳng hình vẽ (từ trường này được biểu diễn bằng những điểm thẳng hàng trên hình vẽ) thì có thể làm lệch điểm sáng về hướng này hay hướng khác. Thí nghiệm được thực hiện sao cho độ lệch của các hạt âm cực (corpuscule theo ngữ vựng của Thomson) gây ra bởi điện trường được bù trừ vì tác động của từ trường thì điểm sáng sẽ xuất hiện tại điểm G. Tính các lực đã tác động lên hạt có thể suy ra vận tốc của hạt và nhỏ những thí nghiệm bổ sung có thể xác định tỷ số e/m tức tỷ số giữa điện tích và khối lượng của hạt. Tỷ số này bằng khoảng 1840 lần tỷ số tương ứng của ion hyđro mà lúc bấy giờ người ta đã biết nhờ những thí nghiệm khác.
Nếu cho rằng điện tích của hạt âm nói trên có trị số tuyệt đối bằng điện tích của ion hyđro (1,6.10‑19 tức culông) thì khối lượng của hạt âm cực này nhỏ hơn khối lượng ion hyđro 1840 lần.
Như thế lần đầu tiên trong lịch sử vật lý người ta đã phát hiện ra một hạt cơ bản với khối lượng me = 9,11.10-31kg và với điện tích nhỏ nhất. Sau này hạt âm nói trên được đặt tên là electron (điện tử). Ngày 30 tháng 4 năm 1897 khi Joseph John Thomson báo cáo về kết quả phát hiện electron đáng được xem là ngày sinh của electron. Các thí nghiệm sau cũng chứng tỏ rằng tỉ số e/m của tia âm cực không phụ thuộc bản chất của chất khí trong ống. Và từ đó có thể suy ra: electron có rnặt trong cấu trúc của mọi nguyên tử. Sự phát hiện ra electron làm phát sinh nhiều vấn đề. Điều gì giữ electron trong nguyên tử? Và có bao nhiêu electron trong mỗi nguyên tử? Các electron chuyển như thế nào và chuyển động chúng liên quan với quá trình bức xạ của nguyên tử như thế nào?
Vì nguyên tử là trung hòa về điện vậy những hạt nào đã có điện tích ngược dấu với điện tích của những electron?
