ジョゼフ・ジョン・トムソン

伝記

サー・ジョゼフ・ジョン・トムソンは、1856年12月18日に生まれ、1940年8月30日に没したイギリスの物理学者である。J. J. トムソンと呼ばれることが多い。電子の発見に貢献し、安定同位体の発見者であり、質量分析器の発明者でもある。1906年に、気体の電気伝導に関する理論および実験的研究によりノーベル物理学賞を受賞した。

マンチェスターのチータムヒルで生まれた。母は地元で織物業を営む一家の出身で、父はスコットランド出身の曽祖父が作った古書店を経営していた。小さな私立学校で科学への強い興味と才能を示し、1870年、14歳でオーエンズ・カレッジ(後のマンチェスター大学)に進学した。両親は機関車メーカーの技師になることを望んでいたが、1873年に父が亡くなり、その道は絶たれた。1876年にケンブリッジ大学のトリニティ・カレッジに移り、1880年に数学の学士号、1883年に修士号を取得した。1884年にはキャヴェンディッシュ物理学教授に就任し、この地位は、後に教え子のアーネスト・ラザフォードが引き継いだ。同年6月12日に王立協会のフェローに選ばれ、1915年から1920年まで会長を務めている。1890年に、同じ大学の物理学教授ジョージ・エドワード・パジェット卿の娘と結婚し、息子ジョージ・パジェット・トムソンと、娘1人をもうけた。教育者としても貢献し、息子と7人の教え子がノーベル賞を受賞した。息子は、電子の波動的性質を証明して、1937年のノーベル物理学賞を受けている。

原子はそれ以上分割できないと信じられていた時代に、1897年、陰極線の特性を調べる過程で、原子に電子という粒子が含まれていると結論づけた。陰極線が電場で曲がることを示し、電場と磁場による曲がり方を比較して粒子の比電荷を測り、その質量が最も軽い水素原子の1000分の1程度だと推定した。彼はこの粒子を「微粒子」と名付けたが、少し前の1891年にストーニーが提案した「電子」という呼称が、一般に使われるようになった。そのため「電子の発見者」と呼ばれることが多いが、彼が1897年に示したことの多くは以前に他の人物も報告しており、電子の受容に貢献した一人と評価されることもある。原子自体は電荷を帯びていないため、正の電荷の球の中に電子が散りばめられているというモデルを提案した。これは「ブドウパンモデル」と呼ばれる原子模型で、後にラザフォードが、正の電荷が原子の核に集中していることを示し、このモデルは誤りとされた。

1913年には、カナル線の構成要素を調べる過程で、イオン化したネオンを電磁場で偏向させ、写真乾板に記録した。すると2種類の偏向放物線が現れ、ネオンには2種類の質量の原子、つまり同位体が存在すると結論づけた。これは最初の安定同位体の発見である。この分離の方法は質量分析法の最初の実施例で、教え子のフランシス・アストンらが、さらに改良し発展させた。1905年にはカリウムの自然な放射性崩壊を発見し、1906年には水素原子に電子が1つしかないことを示した。

1908年にナイトに叙せられ、1912年にはメリット勲章を受け、1918年にはトリニティ・カレッジの学長となって、亡くなるまで務めた。遺体は、ウェストミンスター寺院のアイザック・ニュートンのすぐそばに埋葬された。白洲次郎がケンブリッジに留学していたとき、答案に「君の答案には、君自身の考えが一つもない」と記して返したという逸話がある。