Uno de los hallazgos más importantes en la Física: J.J Thomson descubre el electrón y establece la relación e/m

En la ciencia ocurren acontecimientos que pueden llamar mucho nuestra atención. Personalmente el descubrimiento del átomo y todos los modelos atómicos que han surgido con este hecho me parecen fascinantes; sin embargo, mi curiosidad se enfocó con una escena de la película La Teoría del Todo, cuando un profesor le dice a Stephen Hawking que en ese laboratorio J.J Thomson fue donde descubrió el electrón, así que surgió en mi la curiosidad por hablarles de este memorable acontecimiento para el mundo de la Física.

Antes de comenzar a hablar sobre el descubrimiento del electrón, es oportuno conocer un poco sobre Joseph John "J.J." Thomson, quien fue un científico de origen ingles, obtuvo el título de licenciatura en matemática y realizó una maestría en Artes. Tambien fue prfesr de Fisica en Cavendish, donde tuvo como alumno a Ernest Rutherford, quien màs adelante seria su sucesor en el cargo de profesor; entre sus mayores descubrimientos se encuentra el descubrimiento del electrón, de los isótopos; así como también se le atribuye el de inventar el espectrómetro de masas; sin duda alguna que su talento para la ciencia, su dedicación y aportes lo convirtieron en el acreedor del Premio Nobel de Física para el año de 1906.

Ahora bien, para el siglo XIX en el año de 1897 utilizando el laboratorio de Cavendish, en Inglaterra, J.J Thomson realizaría uno de los experimentos más importantes de la Física; cuando utilizando un selector de velocidades, que lo conocimos en la publicación anterior, este científico pudo medir la razón que existe entre la carga y la masa del electrón. Thomson utilizo un aparato cuyo diagrama lo podemos ver en la imagen que se muestra a continuación.

Se trata de un contenedor de vidrio al alto vacio, se proceden a acelerar electrones que provienen de un cátodo caliente, donde se logra formar un haz mediante una diferencia de potencial V entre los dos ánodos, mientras que la rapidez de los electrones estaba determinada por el potencial de aceleración V. Por otra parte, tenemos que la energía cinética es igual a la perdida de energía potencial eléctrica. Esto lo podemos expresar mediante la definición matemática siguiente:

Entonces lo que ocurre dentro del contenedor es que los electrones pasan entre las placas y los mismos chocan contra una pantalla que se ubica al final del tubo y que está recubierto con un material que brilla en el lugar del impacto. Cuando la siguiente relación se cumple es decir:

Que la rapidez de las partículas sea igual a la razón entre el campo eléctrico y el campo magnético, entonces los electrones viajan en línea recta entre las placas. Ahora si relacionamos esto con la expresión:

Es decir, igualamos ambas ecuaciones obtenemos que

Pero si analizamos todos los elementos que se encuentran después de la igualdad son cantidades medibles, es por ello, que si se puede determinar la relación e/m, sin embargo con este método no es posible medir ninguna de las dos cantidades por separado, sino solo la proporción. Pero el aspecto más importante de este experimento es que J.J Thomson descubrió un valor único para la relación, el cual no dependía del material del cátodo, ni del gas residual, ni de nada más. Dicha independencia logro demostrar que las partículas en el haz que hoy en día llamamos electrones, son un constituyente común de la materia. Partiendo de ello, a este extraordinario científico se le atribuye el hecho de descubrir la primera partícula subatómica; de igual forma determinó que la rapidez de los electrones en el haz estaba cerca de un décimo de la rapidez de la luz.

Sin embargo, experimentos realizados años más tarde, el científico estadounidense Robert Millikan logro medir satisfactoriamente la carga del electrón. Lo que nos permite usar este valor y la relación e/m poder conocer la masa del electrón.