الاكتشاف الذي جعل طومسون يستنتج أن هناك جسيمات أصغر من الذرة هو اكتشاف أشعة المهبط (أو أشعة الكاثود).
أشعة المهبط هي أشعة كهربائية تصدر من المهبط (قطب سالب) في أنبوب تفريغ تحت ضغط منخفض. وقد تم اكتشافها لأول مرة في عام 1869 من قبل الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز.
أجرى طومسون سلسلة من التجارب على أشعة المهبط في عام 1897، وخلص من نتائج هذه التجارب إلى أن أشعة المهبط تتكون من جسيمات سالبة الشحنة، وأن هذه الجسيمات أصغر بكثير من الذرة.
وفيما يلي بعض التجارب التي أجراها طومسون والتي أدت إلى هذا الاستنتاج:
- تجربة الانحناء المغناطيسي: أظهر طومسون أن أشعة المهبط تنحرف عند مرورها في مجال مغناطيسي. وقد أدى هذا الانحناء إلى استنتاج أن أشعة المهبط تتكون من جسيمات مشحونة.
- تجربة الانحناء الكهروستاتيكي: أظهر طومسون أن أشعة المهبط تنحرف عند مرورها في مجال كهربائي. وقد أدى هذا الانحناء إلى استنتاج أن شحنة جسيمات أشعة المهبط سالبة.
- تجربة تحديد الكتلة النسبية للجسيمات: قام طومسون بقياس كمية الحرارة التي تولدها أشعة المهبط عند اصطدامها بموصل حراري. وقد أدى هذا القياس إلى تقدير كتلة الجسيمات المكونة لأشعة المهبط. وقد وجد طومسون أن كتلة هذه الجسيمات صغيرة جدًا مقارنة بكتلة الذرة.
بناءً على نتائج هذه التجارب، استنتج طومسون أن أشعة المهبط تتكون من جسيمات سالبة الشحنة صغيرة جدًا، وأن هذه الجسيمات هي اللبنات الأساسية للذرة. وقد أطلق على هذه الجسيمات اسم "الإلكترونات".
كان اكتشاف طومسون للإلكترون ثورة في فهمنا للذرة. فقد أثبت أن الذرة ليست كتلة صلبة متماسكة، بل هي تتكون من مكونات أصغر من الذرة. وقد مهد هذا الاكتشاف الطريق لاكتشافات أخرى مهمة في الفيزياء الذرية.
