Par Rosann Kozlowski, mise à jour le 30 août 2022
ismagilov/iStock/GettyImages
Les travaux révolutionnaires de Joseph John Thomson ont remodelé notre compréhension de l’atome. Mathématicien devenu physicien expérimental, Thomson a découvert l'électron, inventé le spectromètre de masse et révélé l'existence des isotopes, fondements de la physique et de la chimie modernes.
Né à Manchester, en Angleterre, en 1856, Thomson s'est d'abord orienté vers l'ingénierie. Lorsque la mort de son père rendit cette voie intenable, il obtint une bourse au Trinity College de Cambridge en 1876 pour étudier les mathématiques. Après être devenu Fellow en 1880, il fut nommé professeur Cavendish de physique expérimentale en 1884, succédant à Lord Rayleigh.
À partir de 1894, Thomson étudia les rayons cathodiques, des flux de particules chargées dans un tube à vide. En comparant leur comportement dans l'air et dans le vide, il a observé que les particules parcouraient des distances remarquables, ce qui suggère qu'elles étaient bien plus petites que les atomes eux-mêmes.
Thomson a perfectionné son appareil pour dévier ces rayons à l'aide de champs électriques et magnétiques. La mesure des angles de déviation lui a permis de calculer le rapport charge/masse, qui est resté constant dans tous les gaz. Il a conclu que les particules étaient des constituants subatomiques universels, qu’il a appelés « corpuscules ». Ceux-ci furent plus tard appelés électrons, les éléments constitutifs de la matière chargés négativement.
En 1904, Thomson proposa son célèbre modèle plum-pudding :une sphère chargée positivement dans laquelle des électrons étaient intégrés comme des prunes. Bien que réfutée plus tard par le modèle nucléaire de Rutherford de 1911, il s'agissait de la première tentative d'incorporer des particules subatomiques dans une théorie atomique.
Thomson a étendu le concept du tube cathodique aux ions positifs, créant ainsi le premier spectromètre de masse. En ajoutant un écran fluorescent et une déviation magnétique précise, il a pu tracer les rapports masse/charge sous forme de paraboles distinctes. En collaboration avec l'étudiant Francis William Aston, l'instrument de Thomson a jeté les bases de l'analyse de masse moderne.
À l’aide du spectromètre de masse, Thomson et Aston ont détecté deux modèles distincts d’ions néon en 1912 – masses atomiques 20 et 22 – révélant que les atomes du même élément pouvaient différer en masse. Cette découverte des isotopes a été réalisée avant l'identification du neutron en 1932.
En 1906, Thomson reçut le prix Nobel de physique pour ses recherches sur la conduction de l'électricité par les gaz , et il est célèbre pour avoir défini l’électron, pionnier de la spectrométrie de masse et identifié les isotopes. Son travail continue d'influencer à la fois la physique et la chimie.
Thomson est resté professeur à Cambridge jusqu'à sa mort en août 1940. Il est enterré à l'abbaye de Westminster aux côtés d'Isaac Newton et de Charles Darwin.
