Nel 1808 il chimico Dalton dimostrò che la materia è formata da atomi. Secondo lui
l’atomo era una particella piena, omogenea e indivisibile. Nei primi decenni dell’800 gli
esperimenti
dello scienziato Faraday sulla conduzione elettrica delle soluzioni, portarono ad ammettere
l’esistenza di particelle dotate di carica positiva e negativa, gli ioni.
Durante l’800 furono messi a punto alcuni tubi di vetro che contenevano gas molto
rarefatti (i tubi di crookes). Utilizzando una corrente elettrica questi tubi emettevano luce. Al
fenomeno fu dato il nome di raggi catodici, ma non era ancora chiara la loro natura. La
ricerca era piena di tante ipotesi e risultati
diversi. Nel 1895 il fisico Roentgen scoprì i raggi x, la risposta definitiva
sui raggi catodici arrivò dal laboratorio Cavendish di Cambridge in Inghilterra.
Qui Thomson e il suo
gruppo svelarono la natura dei raggi catodici e di tutta la materia. L’apparato è formato da
un tubo di vetro riempito con un gas e
collegato con una pompa a vuoto. Facendo applicare la pompa viene estratto il gas, che
rimane in
piccola quantità. La creazione del vuoto è fondamentale per l’esito dell’esperimento, e fu
anche grazie alla capacità di creare un vuoto spinto che Thomson riuscì dove altri ricercatori
avevano fallito. All’estremità del tubo si trovavano delle piastre metalliche collegate ad un
generatore elettrico e chiamate perciò elettrodi. In particolare la placca negativa è il catodo,
quella
positiva, è l’anodo.
All’estremità opposta il vetro è ricoperto da un materiale che emette fluorescenza
quando è colpito dai raggi. Collegando il catodo e l’anodo al generatore di corrente, tra loro
si forma un fascio di raggi non visibili. I raggi fuoriuscenti dal catodo (negativo), sono diretti
all’anodo (positivo), e attraversano le due piastre in corrispondenza delle
fenditure. Se
all’interno del tubo si aggiungono due piastre metalliche parallele (l’anodo in basso e il
catodo in
alto) e si collegano ad un altro generatore, il punto fluorescente sullo schermo si sposta in
basso.
Grazie ad una scala graduata è possibile misurare lo spostamento. Invertendo la polarità di
queste
piastre la fluorescenza si sposta in alto. Cosa si può concludere da queste osservazioni? I
raggi subiscono una deviazione, cioè vengono deflessi dall'applicazione di un campo
elettrico.
Questi sono attratti dalla piastra positiva qualunque sia la sua posizione. In questo modo si
dimostra
che i raggi sono carichi negativamente. Lo stesso effetto si ottiene utilizzando un campo
magnetico. I raggi catodici vengono deviati verso il basso o verso l’alto a seconda
dell’orientamento del campo magnetico. Thomson infine dimostrò che i raggi sono formati da
particelle cariche perché rispondono al campo magnetico, come farebbe
una qualunque particella carica e che la natura di queste cariche è negativa. Thomson
calcolò anche il rapporto tra carica e massa di queste
particelle, che furono chiamate elettroni.
