Di Rosann Kozlowski, aggiornato il 30 agosto 2022
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Il lavoro rivoluzionario di Joseph John Thomson ha rimodellato la nostra comprensione dell’atomo. Da matematico diventato fisico sperimentale, Thomson scoprì l'elettrone, inventò lo spettrometro di massa e rivelò l'esistenza degli isotopi, i fondamenti su cui si basa la fisica e la chimica moderne.
Nato a Manchester, in Inghilterra, nel 1856, Thomson fu inizialmente indirizzato verso l'ingegneria. Quando la morte di suo padre rese quel percorso insostenibile, nel 1876 ottenne una borsa di studio al Trinity College di Cambridge per studiare matematica. Dopo essere diventato Fellow nel 1880, fu nominato Cavendish Professor di Fisica Sperimentale nel 1884, succedendo a Lord Rayleigh.
A partire dal 1894, Thomson studiò i raggi catodici, flussi di particelle cariche all'interno di un tubo a vuoto. Confrontando il loro comportamento nell'aria e nel vuoto, osservò che le particelle viaggiavano molto lontano, suggerendo che fossero molto più piccole degli atomi stessi.
Thomson perfezionò il suo apparato per deviare questi raggi utilizzando campi elettrici e magnetici. La misurazione degli angoli di deflessione gli ha permesso di calcolare il rapporto carica/massa, che è rimasto costante tra i gas. Concluse che le particelle erano costituenti subatomici universali, che chiamò “corpuscoli”. Questi furono poi chiamati elettroni, gli elementi costitutivi della materia, caricati negativamente.
Nel 1904 Thomson propose il suo famoso modello del budino di prugne:una sfera carica positivamente con elettroni incorporati come prugne. Sebbene successivamente smentito dal modello nucleare di Rutherford del 1911, fu il primo tentativo di incorporare particelle subatomiche in una teoria atomica.
Thomson estese il concetto del tubo a raggi catodici agli ioni positivi, creando il primo spettrometro di massa. Aggiungendo uno schermo fluorescente e una deflessione magnetica precisa, riuscì a tracciare i rapporti massa/carica come parabole distinte. Lavorando con lo studente Francis William Aston, lo strumento di Thomson gettò le basi per la moderna analisi di massa.
Usando lo spettrometro di massa, Thomson e Aston rilevarono due distinti modelli di ioni neon nel 1912 - masse atomiche 20 e 22 - rivelando che gli atomi dello stesso elemento potevano differire in massa. Questa scoperta degli isotopi avvenne prima dell'identificazione del neutrone nel 1932.
Nel 1906 Thomson ricevette il Premio Nobel per la fisica per le sue ricerche sulla conduzione dell'elettricità da parte dei gas , ed è celebre per aver definito l'elettrone, aver aperto la strada alla spettrometria di massa e identificato gli isotopi. Il suo lavoro continua a influenzare sia la fisica che la chimica.
Thomson rimase professore a Cambridge fino alla sua morte, avvenuta nell'agosto del 1940. È sepolto nell'Abbazia di Westminster accanto a Isaac Newton e Charles Darwin.
