Joseph John Thomson

Sir Joseph John Thomson

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Sir Joseph John Thomson OM (häufig auch J. J. Thomson; * 18. Dezember 1856 in Cheetham Hill bei Manchester; † 30. August 1940 in Cambridge) war ein britischer Physiker und Nobelpreisträger für Physik. Er entdeckte 1897 – etwa zeitgleich mit dem deutschen Physiker Emil Wiechert – das Elektron.

Leben

Joseph John Thomson wurde am 18. Dezember 1856 als Sohn schottischer Eltern in Cheetham Hill, nahe Manchester, geboren. Sein Vater hatte ein Antiquariat. Er besuchte ab 1870 das Owen College in Manchester, das ihm eine gute naturwissenschaftliche Ausbildung verschaffte. Nach dem Willen der Eltern sollte er Ingenieur werden und in einer Lokomotivfabrik lernen. Nach dem Tod des Vaters 1873 wurde Thomson Halbwaise und diese Pläne zerschlugen sich, da die finanziellen Mittel dazu fehlten. Ab 1876 studierte er am Trinity College der University of Cambridge Mathematik und Physik mit dem Abschluss als Second Wrangler in den Tripos-Prüfungen in Mathematik 1880 (entsprechend dem Bachelor-Abschluss). Auch beim Wettbewerb um den Smith Prize, den er 1880 erhielt, schnitt er als Zweiter ab. 1883 folgte der Master-Abschluss, gleichzeitig gewann er 1882 den Adams Prize. 1884 erhielt er die angesehene Cavendish-Professur für Physik in Cambridge, die vorher John William Strutt, 3. Baron Rayleigh, innehatte.

Am 22. Januar 1890 heiratete er Rose Elizabeth Paget (1860–1951), die Tochter des Medizinprofessors George Edward Paget (1809–1892) und eine der ersten Forscherinnen am Cavendish-Laboratorium. Sie hatten zwei Kinder, Joan Paget Thomson und George Paget Thomson, ein weiterer Nobelpreisträger. Thomson selbst wurde als tollpatschig beschrieben. Er überwachte die Experimente und gab Anweisungen. Seine Assistenten und Schüler versuchten jedoch, ihn von der Durchführung der Experimente fernzuhalten. Einer seiner Schüler war Ernest Rutherford, der später einen Nobelpreis für Chemie erhalten sollte.

Von 1918 bis zu seinem Tod im Jahr 1940 war er Leiter des Trinity College und von 1916 bis 1920 Präsident der Royal Society. Thomsons Asche wurde in der Westminster Abbey (in der Nähe von Sir Isaac Newton) bestattet.

Werk

Eine Kathodenstrahlröhre, mit der Thomson der experimentelle Nachweis des Elektrons gelang

Eine Gasentladungsröhre, wie sie Thomson zum Elektronennachweis benutzte.

Thomson war (zusammen mit John Henry Poynting, George Francis FitzGerald, Oliver Heaviside und Joseph Larmor) einer derjenigen, welche die Elektrodynamik von James Clerk Maxwell weiterentwickelten. 1880 leitete er (allerdings nur annähernd) die Lorentz-Kraft ab. 1881 untersuchte er das Verhalten von bewegten Ladungen und führte dabei das Konzept der elektromagnetischen Masse ein; d. h., er entdeckte, dass die elektromagnetische Energie sich so verhält, als ob sie die Masse eines Körpers vergrößerte. 1893 konnte Thomson den mit der elektromagnetischen Energie verbundenen Impuls herleiten.

Durch Untersuchung der Kathodenstrahlung gelang Thomson 1897 der experimentelle Nachweis für die von George Johnstone Stoney bereits 1874 vorhergesagte Existenz des Elektrons (wobei das Elektron bereits ab 1892 eine grundlegende Rolle in den Theorien von Hendrik Antoon Lorentz und Joseph Larmor spielte). Thomson konnte auch nachweisen, dass bewegte Elektronen sich durch ein Magnetfeld ablenken ließen, was von Heinrich Hertz zuvor bestritten worden war. Thomson verfügte jedoch mittlerweile über bessere Vakuumpumpen, sodass er mit deutlich geringerem Druck in seiner Kathodenstrahlröhre arbeiten konnte.

Dies war die erste Entdeckung eines subatomaren Teilchens, und Thomson wurde 1906 mit dem Physik-Nobelpreis geehrt. Darauf basierend entwickelte Thomson das Thomsonsche Atommodell (auch „Rosinenkuchen-“ oder „Plumpudding-Modell“), wonach die sehr kleinen und leichten Elektronen im Inneren der Atome eingebettet seien wie Rosinen in einem Kuchenteig. 1906 konnte Thomson richtigerweise zeigen, dass das Wasserstoffatom genau ein Elektron enthält. Sein Atommodell wurde jedoch später von Ernest Rutherford widerlegt (Rutherfordscher Streuversuch) und durch das Rutherfordsche Atommodell ersetzt, in dem ein kleiner schwerer Kern mit positiver Ladung von einer leichten Hülle mit negativer Ladung umgeben ist.

1913 gelang Thomson bei Experimenten mit Kanalstrahlen der Nachweis, dass das chemische Element Neon ein Gemisch aus unterschiedlich schweren Atomen ist (in diesem Fall ²⁰Ne und ²²Ne). Daraus leitete u. a. Frederick Soddy die Theorie der Isotopie her. Auch zu der darauf folgenden Entwicklung der Massenspektrometrie hat Thomson wichtige Beiträge geleistet.

Schriften

• Recollections and Reflections. G. Bell, London 1936 (online).

Literatur

• Edward Arthur Davis, Isobel J. Falconer: J. J. Thompson and the Discovery of the Electron. Taylor & Francis, London 1997, ISBN 0-7484-0696-4.
• Robert Strutt, 4. Baron Rayleigh: The Life of J. J. Thomson. Cambridge University Press, Cambridge 1942.

Siehe auch

• Thomson-Streuung

Weblinks

Commons: Joseph John Thomson - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema

• Literatur von und über Joseph John Thomson im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1906 an Joseph John Thomson (englisch)

Träger des Nobelpreises für Physik

1901: Röntgen | 1902: Lorentz, Zeeman | 1903: Becquerel, M. Curie, P. Curie | 1904: Rayleigh | 1905: Lenard | 1906: J. J. Thomson | 1907: Michelson | 1908: Lippmann | 1909: Braun, Marconi | 1910: van der Waals | 1911: Wien | 1912: Dalén | 1913: Kamerlingh Onnes | 1914: Laue | 1915: W. H. Bragg, W. L. Bragg | 1916: nicht verliehen | 1917: Barkla | 1918: Planck | 1919: Stark | 1920: Guillaume | 1921: Einstein | 1922: N. Bohr | 1923: Millikan | 1924: M. Siegbahn | 1925: Franck, Hertz | 1926: Perrin | 1927: Compton, C. T. R. Wilson | 1928: O. W. Richardson | 1929: de Broglie | 1930: Raman | 1931: nicht verliehen | 1932: Heisenberg | 1933: Schrödinger, Dirac | 1934: nicht verliehen | 1935: Chadwick | 1936: Hess, C. D. Anderson | 1937: Davisson, G. P. Thomson | 1938: Fermi | 1939: Lawrence | 1940–1942: nicht verliehen | 1943: Stern | 1944: Rabi | 1945: Pauli | 1946: Bridgman | 1947: Appleton | 1948: Blackett | 1949: Yukawa | 1950: Powell | 1951: Cockcroft, Walton | 1952: Bloch, Purcell | 1953: Zernike | 1954: Born, Bothe | 1955: Lamb, Kusch | 1956: Shockley, Bardeen, Brattain | 1957: Yang, T.-D. Lee | 1958: Tscherenkow, Frank, Tamm | 1959: Segrè, Chamberlain | 1960: Glaser | 1961: Hofstadter, Mößbauer | 1962: Landau | 1963: Wigner, Goeppert-Mayer, Jensen | 1964: Townes, Bassow, Prochorow | 1965: Feynman, Schwinger, Tomonaga | 1966: Kastler | 1967: Bethe | 1968: Alvarez | 1969: Gell-Mann | 1970: Alfvén, Néel | 1971: Gábor | 1972: Bardeen, Cooper, Schrieffer | 1973: Esaki, Giaever, Josephson | 1974: Ryle, Hewish | 1975: A. N. Bohr, Mottelson, Rainwater | 1976: Richter, Ting | 1977: P. W. Anderson, Mott, Van Vleck | 1978: Kapiza, Penzias, R. W. Wilson | 1979: Glashow, Salam, Weinberg | 1980: Cronin, Fitch | 1981: Bloembergen, Schawlow, K. Siegbahn | 1982: K. Wilson | 1983: Chandrasekhar, Fowler | 1984: Rubbia, van der Meer | 1985: von Klitzing | 1986: Ruska, Binnig, Rohrer | 1987: Bednorz, Müller | 1988: Lederman, Schwartz, Steinberger | 1989: Paul, Dehmelt, Ramsey | 1990: Friedman, Kendall, R. E. Taylor | 1991: de Gennes | 1992: Charpak | 1993: Hulse, J. H. Taylor | 1994: Brockhouse, Shull | 1995: Perl, Reines | 1996: D. M. Lee, Osheroff, R. C. Richardson | 1997: Chu, Cohen-Tannoudji, Phillips | 1998: Laughlin, Störmer, Tsui | 1999: ’t Hooft, Veltman | 2000: Alfjorow, Kroemer, Kilby | 2001: Cornell, Ketterle, Wieman | 2002: Davis Jr., Koshiba, Giacconi | 2003: Abrikossow, Ginsburg, Leggett | 2004: Gross, Politzer, Wilczek | 2005: Glauber, Hall, Hänsch | 2006: Mather, Smoot | 2007: Fert, Grünberg | 2008: Nambu, Kobayashi, Maskawa | 2009: Kao, Boyle, Smith | 2010: Geim, Novoselov | 2011: Perlmutter, Schmidt, Riess | 2012: Haroche, Wineland | 2013: Englert, Higgs | 2014: Akasaki, Amano, Nakamura | 2015: Kajita, McDonald | 2016: Thouless, Haldane, Kosterlitz | 2017: Barish, Thorne, Weiss | 2018: Ashkin, Mourou, Strickland | 2019: Peebles, Mayor, Queloz | 2020: Penrose, Genzel, Ghez | 2021: Manabe, Hasselmann, Parisi | 2022: Aspect, Clauser, Zeilinger