Biografía de J. J. Thomson

Seguramente reconocerás el nombre de Joseph John Thomson (1856-1940) al escuchar sobre el modelo atómico del «pudín de pasas» o, como es propiamente dicho, el modelo atómico de Thomson. Y es que este brillante científico no sólo fue el descubridor del electrón, sino también de la mente detrás de las investigaciones que darían paso a la física nuclear. ¡Entérate de más en esta biografía de J. J. Thomson!

Biografía de J. J. Thomson resumen

Juventud y carrera científica

El 18 de diciembre de 1856 nació Joseph John «J. J.» Thomson en Cheetham, una pequeña localidad de la ciudad de Manchester, Inglaterra. Sus padres se dedicaban a sus respectivos negocios de familia. Por un lado, su padre, Joseph James Thomson, era dueño de una librería de antigüedades que fundó su bisabuelo. Por otro, su madre, Emma Swindells, se dedicaba a la industria textil.

J. J. Thomson estudió en varias escuelas privadas donde demostró sus habilidades numéricas e interés por la ciencia. Ingresó a la facultad de Ingeniería en la Owens College (actualmente conocida como la Universidad de Manchester) en 1970, ¡a la precaria edad de los 14 años!

Durante su estadía en esta casa de estudio, logró publicar un corto artículo titulado «Contacto con la electricidad de los aisladores», el cual forma parte de las Actas de la Royal Society. El matemático Thomas Barker tuvo gran influencia sobre el joven Thomson, convenciéndolo finalmente de cambiarse al Tripos de matemáticas de la Trinity College en Cambridge.

De esta manera, J. J Thomson obtuvo su licenciatura en 1980 como segundo wrangler (es decir, el segundo estudiante con la puntuación más alta en el grado de matemáticas).  Al año siguiente, se convirtió en miembro de la Trinity College, y dos años más tarde obtuvo su Maestría en Artes.

NOTA
Es en 1890 cuando Thomson desposa a Rosa Paget, con quien tuvo dos hijos. Uno de ellos fue George Page Thomson, ganador del Premio Nobel de la Física en 1937 por descubrir la difracción de los electrones a través de los cristales.

Primeras investigaciones de J. J. Thomson

Una vez teniendo un laboratorio en la Universidad de Cambridge a su disposición, bajo la dirección de Lord Rayleigh, Thomson decidió emprender sus primeras investigaciones en el área de la física y la matemática experimental. Durante este tiempo, encontró una forma de aplicar los métodos dinámicos de Lagrange para resolver problemas de otras áreas de la ciencia, y a su vez, desarrolló la teoría electromagnética. Todos estos estudios fueron publicados en una obra que tituló Aplicación de la dinámica a la física y la química.  

En 1884, a sus 28 años, Thomson fue elegido para reemplazar a Lord Rayleigh después de su retiro, convirtiéndose en jefe del Laboratorio de Cavendish. A pesar de que el intelectual británico tenía poca experiencia en el campo experimental a comparación de muchos otros físicos, era conocido por sus habilidades de deducción y análisis lógico-matemático, las cuales le permitían resolver problemas sin mayores esfuerzos.

J . J. Thomson comenzó a estudiar la conductividad de los gases sin mucho éxito durante los años siguientes. No fue hasta 1896, después del descubrimiento de los rayos X por el ingeniero mecánico y físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen que obtuvo una mejor base para realizar sus experimentos.

NOTA
Apenas un año antes del descubrimiento de los rayos X, Thomson había recibido a Ernest Rutherford como su estudiante. Con su ayuda, pudo observar que estos misteriosos rayos tenían una propiedad ionizante.

Rutherford completó este trabajo utilizando una técnica —inventada por él mismo— para medir la velocidad de los iones. Éste, aplicando un gradiente de potencial, resolvió que la velocidad que adquirían era proporcional al voltaje aplicado.

¿Ondas o partículas?

Al igual que su estudiante estrella, Thomson no paraba de pensar en la naturaleza de los rayos catódicos. ¿Cómo era posible que éstos se desviaran por la presencia de un campo magnético? Aquello le hizo defender el punto de vista de otros científicos, como Varley y Sir William Crookes, quienes fueron de los primeros en teorizar que los mismos estaban compuestos por partículas de carga negativa (puesto que provenían del cátodo). Sólo que no tenían muy claro si estas partículas eran átomos o moléculas.

En contraposición con Thomson, los reconocidos físicos alemanes Goldstein, Philipp Lenard y Heinrich Hertz sostenían que estos rayos funcionaban más como «ondas electromagnéticas».

NOTA
Es curioso pensar que, con el descubrimiento del electrón, estos físicos creían haber estado equivocados. Pero años más tarde se supo, gracias a la dualidad onda-corpúsculo, que ambos bandos tenían la razón.

J. J. Thomson y el electrón

Thomson no fue el primero en buscar la respuesta a estas preguntas midiendo la desviación magnética de los rayos catódicos. No obstante, al ver el fracaso del resto, fue el primero en hacer estos experimentos al vacío —ya que suponía que la resistencia del gas residual era la que alteraba los resultados—.  

Eliminando el margen de error, pudo hacerse con los datos suficientes para calcular la velocidad de estas partículas y, una vez obtenida, la relación de su carga con respecto a la masa. Esto último fue lo que marcó la diferencia: según los cálculos, las partículas de los rayos catódicos eran mucho más pequeñas que los átomos de hidrógeno —si su carga era la misma, claro está—. Cabe señalar que se tomó como referencia el hidrógeno por ser su átomo el más diminuto de todos los elementos conocidos.

Para legitimar la anterior afirmación, sabía que era indispensable calcular el valor absoluto de la carga emitida por estas misteriosas partículas. Para ello, recurrió a un experimento ideado por Charles Wilson en el que se podía condensar los iones formados por los rayos X. Calculando el tamaño de las gotas, era posible obtener los datos faltantes para conocer su carga total.

Ya obtenida, pudo comparar esta información con la carga de un átomo de hidrógeno. ¿El resultado?: el valor era el mismo para ambos casos. Estábamos en presencia de una partícula mucho más pequeña que el átomo más ligero —que hasta ese momento se pensaba que era indivisible—. En 1897, J. J. Thomson decidió llamarla electrón, término inicialmente acuñado por George Stoney para referirse a la «unidad fundamental de medición de la electricidad».  

A esas alturas, Thomson sabía que ya hacía falta replantear el modelo atómico de Dalton.

El modelo atómico de Thomson

En 1904, J. J. Thomson propuso su modelo atómico después de estudiar las nuevas partículas con mayor detalle. En éste se describe al átomo como una esfera de carga positiva que contiene electrones separados de forma equidistante entre sí. Sería algo semejante a las pasas (electrones) incrustadas en un pudín (la esfera). Asimismo, determinó que cada elemento de la tabla periódica tiene su número de electrones correspondiente.

NOTA
Es importante señalar que en este modelo nunca se menciona el término «núcleo», ya que el átomo entero era considerado la propia esfera con sus respectivos electrones incrustados.

Gracias a los resultados de sus investigaciones y el descubrimiento del electrón, ganó en 1906 el Premio Nobel de Física. Este honorífico evento ocurrió exactamente el mismo año en que comenzó su nuevo período de investigación (1906-1914), tiempo durante el cual estudió más a fondo los campos electromagnéticos y electrostáticos. Así fue como culminó con el desarrollo de la espectrometría de masas, método que se utilizar para determinar la relación carga-masa de cualquier sustancia.

Últimos años

Tampoco podemos olvidar mencionar que J. J. Thomson fue elegido miembro de la Royal Society el 12 de junio de 1884 y se hizo presidente de la misma en 1915, ejerciendo el cargo por cinco años. Asimismo, fue condecorado con numerosas distinciones, tanto de la ya mencionada sociedad (medallas Hughes, Albert, Copley y Royal) como de otras instituciones (medallas Franklin, Faraday y Elliott Cresson).

A pesar de todos sus logros, Thomson fue siempre un hombre sencillo y discreto, por lo que trabajó en Cambridge durante toda su vida hasta su muerte el 30 de agosto de 1940, a sus 83 años de edad. Su legado fue, en definitiva, el paso decisivo que permitió la realización de los descubrimientos en el campo de la física nuclear y del electromagnetismo.

El trabajo del profesor Thomson fue tan grande que la palabra misma le quedaba corta. Creo que hablo en nombre de todos los físicos británicos al decir que su despedida fue una de las mayores pérdidas para la ciencia. Ernest Rutherford sobre Thomson.

Éste es el mejor momento para empaparte de ciencia. ¡No te pierdas el siguiente vídeo en el que se explica con mayor detalle el descubrimiento del electrón!:

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