Томсон, Джозеф Джон: биография
Исследование «анодных лучей» и начало масс-спектрометрии
Другой большой период экспериментальной деятельности Томсона в 1906—1914 годы связан с работой над явлением положительно заряженных (анодных) лучей. Положительно заряженные лучи были открыты Гольдштейном при разряде трубок, имеющих отверстие в катоде, при низком давлении. Они проходили в бессиловом пространстве за катодом. В. Вином было показано, что эти лучи имеют корпускулярную природу и несут положительный заряд. В дальнейшем он установил, что эти частицы имели атомарные размеры.
Когда Томсон обратился к этому предмету, ни у кого ещё не получалось разделить различные типов атомов, которые могли быть представлены в этих лучах, и его значительное достижение состояло именно в этом. Метод Томсона состоял в использовании одновременно магнитного и электростатического полей, которые давали отклонения по перпендикулярным координатам. Лучи были зафиксированы на фотопластинке, и координаты, измеряемые по изображению, давали отдельно магнитное и электростатическое отклонения.
Томсон обнаружил важность проведения этих экспериментов при максимально низком давлении газа во избежание вторичного процесса, связанного с получением или потерей заряда движущимися частицами. При проведении эксперимента в этих условиях обнаружилось, что картина, получаемая на флуоресцентном экране или фотопластинке, является чередой парабол с общей вершиной в точке нулевого отклонения и осями, параллельными направлению электростатического отклонения. Каждая из таких парабол отвечала одному типу атома или атомной группы с конкретным зарядом, а каждая точка кривой соответствовала разной скорости частицы. Таким образом было доказано наличие большого разнообразия атомов и атомных групп в разряжающейся трубке, природа которых могла быть определена по значению координат на картине, зная значения электростатического и магнитного полей. Также был разработан принципиально новый способ химического анализа, а общее подтверждение полученных результатов было дано химическими методами. Этот способ получил название «масс-спектрометрия». Было показано, к примеру, что атом ртути может принимать различный заряд, равный по модулю от одного до семи зарядов электрона. Другим очень важном результатом стал тот факт, что неон показал в этом эксперименте две различные параболы, одну относящуюся к атомной массе в 20, а другую — к атомной массе в 22. Это было первым свидетельством существования стабильных нерадиоактиных изотопов. В этих экспериментах Томсону помогал доктор Ф. У. Астон, который в дальнейшем независимо развил эти идеи и получил в 1922 году Нобелевскую премию по химии за свои исследования в области масс-спектрометрии.
Административная и педагогическая деятельность
Во время работы в качестве Кавендишского профессора — руководителя Кавендишской физической лаборатории в Кембридже, Томсон достиг успеха в создании уникальной экспериментальной школы. В это время до 40 исследователей одновременно работали под его руководством, включая достаточно часто профессоров американских и континентальных университетов. Как следствие, большое количество профессорских должностей в области физики в англоговорящих странах было в разное время занято его бывшими учениками.
Этому в большой степени содействовало то обстоятельство, что в период пребывания Томсона на должности Кавендишского профессора в Кембриджском университете появилась схема, которая позволяла выпускникам других университетов получить диплом Кембриджа путём исследовательской работы на протяжении двух лет. Эта схема не была разработана со специальным уклоном в науку в целом или в физику в частности, но особенно востребованной оказалась в стенах Кавендишской лаборатории. Публикации Томсона и, в частности, его «Recent researches in electricity and magnetism», опубликованные в 1893 году как дополнение к трактату Джеймса Клерка Максвелла, широко разнесли его славу, что привлекло много талантливых ученых из колониальных и иностранных университетов в Кавендишскую лабораторию. Среди них были Э. Резерфорд из Веллингтон-колледжа, Новая Зеландия, Дж. С. Таунсенд из Тринити-колледжа, Дублин, Дж. А. МакКлеллаланд из Университета Дублина, Дж. К. МакЛеннан из Торонто, П. Ланжевен из Парижа и несколько других. К тому же среди них были К. Т. Р. Вильсон, У. К. Д. Ветам (впоследствии Дампир) и другие, стажирующиеся в Кембридже.
