تاريخ اكتشاف الإلكترونات - Electron
سنة الاكتشاف: 1897م
ما هو هذا الاكتشاف؟
- أول جسيم دون ذري يكتشف على الإطلاق
من مكتشف الإلكترون؟
- جَى جَى. ثومسون J.J.Thomson
لماذا يُعد اكتشاف الإلكترون ضمن أهم 100 اكتشاف في التاريخ؟
لم تكن الذرات قد شوهدت قط. معرفة على أنها أصغر جسيمات (دقائق) ممكنة من المادة واللبنة الأساسية للمواد جميعها، فإنها من الصغر بحيث لا تدركها العين البشرية - فكانت في أواخر القرن التاسع عشر أكثر نظرية منها واقعية. كيف لشخص إذن أن يدّعي بأنه وجد شيئاً ما (أصغر حجما)؟ بل كيف يمكن للجسيمات أن تصبح أصغر حجما؟
اكتشف ثومسون الإلكترون وأثبت وجوده دون أن يتمكن من رؤية أو فصل أي واحد قط. كانت الإلكترونات أولى الجسيمات الدون ذرية اكتشافاً، أو بتعبير أخر أول دقيقة من المادة يتم التعرف عليها بحجم يصغر حجم الذرة. كما وفر هذا الاكتشاف أخيرة بعضاً من الدليل الفيزيائي والوصف عن الوحدة الأساسية لحمل الكهرباء. لقد افتتحت تجارب ثومسون واكتشافه حقلاً جديداً من العلوم - فيزياء الجسيمات (الدقائق).
كيف جاء اكتشاف الإلكترون؟
كان قد ولد بإسم جوزيف جون ثومسون Joseph John Thomson في كانون الأول (ديسمبر) من عام 1856م بمدينة مانشستر الإنجليزية. بعمر الحادية عشرة، أسقط اسمية الأولين مكتفيا بالحرفين الابتدائيين لهما.
فبدأ جي. جي. ثومسون بتلقي دروس في الهندسة بكلية أويتر وهو ابن أربعة عشر ربيعاً، مما ساعده بعد ذلك في نصب خلفية رياضية وهندسية لدراسة الفيزياء. حظي عام 1884م بمنصب رئيس مختبر كافينديش الفيزيائي المعروف في كامبردج، والذي شهد إجراء ثومسون لتجاربه التي قادت إلى اكتشاف الإلكترون بعد ذلك بثلاثة عشر عاماً.
كانت أشعة الكاثود قد اكُُتشفت من قبل الألماني يوليوس بلو کر Julius Plucker عام 1856م. على أية حال، لم يقتنع العلماء بماهية أشعة الكاثود هذه. فقد تمخض عن هذا الاكتشاف جدل واسع: هل أن أشعة الكاثود موجات أم دقائق (جسيمات)؟ وانشغلت خيرة عقول العالم بهذه المسألة المحيرة.
في عام 1896م، قرر ثومسون أن يقوم بتجارب من شأنها فض هذا النزاع المستديم. فصمم أنبوبة لأشعة الكاثود وأطلق هذه الأشعة المريبة على صفيحة معدنية، فاكتسبت الصفيحة شحنة سالبة - مما يثبت بأن أشعة الكاثود تحمل شحنة سالبة أيضاً. بعدها، إستعان ثومسون بمسطرة مطلية بمادة براقة ليثبت قدرة حقل مغناطيسي على حرف أشعة الكاثود (و كان آخرون قد أجروا هذه التجربة أيضاً).
ربط ثومسون صفائح معدنية رقيقة موجود داخل أنبوبته ببطارية، فأظهر بأن للحقل الكهربائي القابلية أيضاً على حرف أشعة الكاثود عن مسارها (مستدلاً بانزياح النقطة المضيئة على المسطرة عند ربطه للبطارية).
و أخيراًًً، صمم ثومسون أنبوبة أشعة كاثود جديدة مع وجود شق ضيق في صفيحة معدنية وجه من خلاله أشعة الكاثود، ووضع مجالاً مغناطيسياً خلف هذه الصفيحة المعدنية بغرض حرف مسار أشعة الكاثود باتجاه واحد، يعقبه مجال آخر كهربائي مهمته حرف مسار هذه الأشعة ثانية بالاتجاه المعاكس.
أدرك ثومسون القوة التي أولدها هذا الحقلان. وبمجرد قياسه لكمية الانحراف (التغير بالاتجاه) التي أحدثتها كل قوة في مسار أشعة الكاثود، فإنه كان سيتمكن من حساب كتلة الجسيمات في هذا السيل من أشعة الكاثود. وهكذا سيحل اللغز من خلال التعرف على الجسيمات المحددة.
أجرى تجربته ولم يصدق نتائجها. فنسبة الشحنة الكهربائية لكتلة الجسيم كانت كبيرة للغاية، وهو ما يعني أن كتلة هذه الجسيمات أصغر بكثير من أي جسیم معروف آخر.
أعاد تجربته مئات المرات، بل وجزّا جهازه وأعاد جمعه من جديد، ولكنه حصل على النتائج ذاتها. فكتلة هذا الجسيم كانت يجب أن تكون أقل من 1000/1 من كتلة البروتون (ذرة هيدروجين)- أي أقل بألف مرة من أصغر ذرة- فمن المفترض أن يكون أصغر جسیم ممكن.
لقد اكتشف ثومسون جسيماًً جديداًً- أول جسيم دون ذري. وقد تطلب منه إجراء مئات من العروض التجريبية وبضع مقالات مفصلة قبل أن يصدق أحد بوجود جسيماته هذه.
في عام 1891م، أطلق الفيزيائي الأيرلندي جورج ستوني George Stoney اسم "الإلكترون" على الوحدة الأساس (الجسيم) للكهرباء دون أن تكون لديه أدني فكرة عن ماهية هذا الجسيم. فقرر ثومسون إستعارة إسم electron «إلكترون» هذا لجسيمه الجديد طالما أنه حمل تياراً كهربائياً.
وفي عام 1898م، وجد رجل فرنسي يدعى بيكيريل Bequerel الدليل الفوتوغرافي لوجود الجسيمات الدون ذرية مثبتاً بذلك صحة نظرية ثومسون.
