神秘的电子

100多年前，一位英国物理学家发现了构成物质的极小粒子，从那时起，人们对微观世界的认识进一步加深了。学过现代科学的人都知道什么是电子，以及电子对我们理解电的本质和原子物理的重要性。

到19世纪末，随着物理学各种各样的发现的增多，许多无法解释的问题也随之出现了，比如：物体可以带上静电电荷，但是电荷是以何种方式存在的？沿着导体流动的电流电荷究竟是什么，与静电电荷不同吗？如果物质是由原子构成的，那么原子是由什么组成的？

德国吹玻璃工及实验室仪器制造商海因里希·盖斯勒（1815～1879年）首次在实验中使用了真空泵。大约1850年，盖斯勒将金属板密封在只含有痕量惰性气体（氮气或氩气）的真空玻璃管中，他将高压电连接到金属板上，结果产生了漂亮的闪光，就像管中的气体在发光一样。6年后，法国物理学家让·佩林（1870～1942年）用磁场和电场将产生闪光的阴极射线偏转，证明了射线是由带负电荷的粒子组成的。

英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生（1856～1940年）揭开了电子的神秘面纱。汤姆生出生于英国曼彻斯特郊区，1880年，汤姆生进入剑桥大学三一学院，毕业后，进入卡文迪许实验室，在约翰·斯特列特和瑞利爵士（1842～1919年）的指导下进行电磁场理论的实验研究工作。

汤姆生通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，测得它们的速度（比光速慢得多）。他进一步测定了这种粒子的荷质比（e/m），与当时已知的电解中生成的氢离子荷质比相比较，得出其约比氢离子荷质比小1000倍的结论。于是汤姆生推测阴极射线是由微小的带负电的粒子构成的。1897年，汤姆生宣布了对这些首批亚原子粒子的发现，称之为“微粒”。两年后，汤姆生发现这些微粒的质量是氢原子质量的1/2000，将这些微小的粒子被命名为“电子”。电子成为了科学家们追寻已久的电的基本单位。由于电子是从不带电的真空管的阴极金属板激发产生的，所以电子必然是所有原子最基本的组成部分。

汤姆生继阴极射线的研究之后，开始对阳极射线（由不带电的真空管中的阳极激发产生的）进行实验研究。这项研究成果的重大意义就是借助电荷性质的差异，可以分离带有不同电荷的微粒。1919年，弗朗西斯·阿斯顿（1877～1945年）应用此原理发明了质谱仪。1919年，汤姆生退休后，由他的前任助手、新西兰裔英国物理学家欧内斯特·卢瑟福接替了他的位置。卢瑟福最后提出了包含原子核的原子结构。1906年，汤姆生获得了诺贝尔物理学奖，他的助手中有7位也获得了诺贝尔物理学奖。