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2.7: Studi di Thomson 2.7.1: I raggi catodici Nella seconda metà del 1800 la natura dei raggi catodici era ancora incerta. Alcuni studiosi ritenevano che fosse di tipo ondulatorio, altri sostenevano che la nuova radiazione prodotta dalla scarica elettrica nella materia rarefatta avesse una natura corpuscolare. Nel 1879 William Crookes (1832-1919) affermò che le molecole del gas residuo nei tubi a vuoto entravano in collisione con il catodo ed acquistavano una carica elettrica negativa. Una ulteriore variante, difesa da J. J. Thomson e, successivamente, da Jean Perrin (1870- 1942), attribuì invece all’azione campo elettrico del catodo la dissociazione delle molecole nel gas, con la conseguente formazione di ioni negativi che viaggiava ad alta velocità verso l’anodo. Il punto di vista corpuscolare tendeva quindi a trattare la radiazione catodica in termini di flusso di particelle dotate di massa e di carica elettrica negativa. Contro questa concezione Hertz escogitò esperimenti partendo dalla seguente osservazione: se la radiazione catodica è formata da particelle cariche di elettricità negativa, allora le singole particelle debbono muoversi nello spazio secondo leggi le quali stabiliscono che la traiettoria di un oggetto carico subisce una determinata deflessione nell’attraversare un campo elettrico. Era sufficiente far perciò passare i raggi catodici attraverso un campo elettrico e misurare la deflessione per essere in condizioni di decidere a favore o contro l’ipotesi corpuscolare. L’esperimento di Hertz dimostrò la non osservabilità della deflessione prevedibile a partire dalla teoria corpuscolare e rafforzò la credibilità della teoria ondulatoria.
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Nel 1895 fu pubblicata la memoria di Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) sulla scoperta della radiazione X: una delle prime proprietà dei raggi X di Röntgen che poté essere individuata consisteva nella capacità di ionizzare i gas. Di qui partì J. J. Thomson per progettare, realizzare e interpretare una serie di misure che spiegavano a conclusioni favorevoli al carattere corpuscolare della radiazione catodica e all’esistenza di una nuova particella dotata di un particolare valore del rapporto tra massa e carica elettrica. Le ricerche sui raggi catodici condotte dallo scienziato inglese portarono nel 1897 alla scoperta che questi raggi fossero costituiti da un fascio di elettroni. Thomson costruì un tubo a raggi catodici (simile a quello di Crookes)e sottopose i raggi all’azione di un campo elettrico e magnetico. Egli eseguì il seguente esperimento:
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