Scoperta dell’elettrone attraverso la Chimica e l’Elettromagnetismo
Nel tardo XIX secolo, i chimici e i fisici si dedicarono allo studio della relazione tra l’elettricità e la materia. Sperimentarono il passaggio di correnti elettriche ad alta tensione attraverso tubi di vetro riempiti con gas a bassa pressione (come mercurio, neon, xeno), simili alle luci al neon. La corrente elettrica veniva condotta da un elettrodo (catodo) attraverso il gas fino all’altro elettrodo (anodo) mediante un fascio chiamato raggi catodici.
Nel 1897, il fisico britannico J. J. Thomson condusse una serie di esperimenti con risultati sorprendenti: scoprì che se il tubo era collocato in un campo elettrico o magnetico, i raggi catodici potevano essere deviati, il che è alla base del funzionamento del tubo a raggi catodici (CRT) del televisore. Applicando un campo elettrico da solo, un campo magnetico da solo, o entrambi in combinazione, Thomson poté misurare il rapporto carica/massa dei raggi catodici. Scoprì che lo stesso rapporto era osservato indipendentemente dal materiale presente nel tubo o dal materiale del catodo.
Thomson trasse le seguenti conclusioni: i raggi catodici erano costituiti da minuscole particelle cariche negativamente, che egli chiamò elettroni. Questi elettroni dovevano provenire da dentro gli atomi del gas o dell’elettrodo metallico. Poiché il rapporto carica/massa degli elettroni era lo stesso per qualsiasi sostanza, gli elettroni erano una parte fondamentale di tutti gli atomi. Dato che il rapporto carica/massa dell’elettrone era molto elevato, l’elettrone doveva essere estremamente piccolo.
Successivamente, un fisico americano di nome Robert Milikan misurò la carica elettrica di un elettrone. Con questi due numeri (carica, rapporto carica/massa), i fisici calcolarono la massa dell’elettrone come 9,10 x 10-28 grammi. A titolo di confronto, una moneta da un centesimo statunitense ha una massa di 2,5 grammi; quindi, circa 2,7 x 10 27 o 2,7 miliardi di miliardi di miliardi di elettroni peserebbero tanto quanto una moneta!
Dalla scoperta dell’elettrone derivarono altre due conclusioni: poiché l’elettrone era carico negativamente e gli atomi sono neutri dal punto di vista elettrico, doveva esserci una carica positiva da qualche parte nell’atomo. Inoltre, poiché gli elettroni sono molto più piccoli degli atomi, dovevano esserci altre particelle più massive all’interno dell’atomo.
Da questi risultati, Thomson propose un modello dell’atomo simile a un cocomero. La parte rossa rappresentava la carica positiva e i semi rappresentavano gli elettroni.