10.6 L'expérience de sir Joseph John Thomson

            Les rayons cathodiques sont, pour sir Joseph, des corpuscules négatifs rapides d'une grande énergie cinétique, très petits comparés à des atomes afin de pouvoir traverser assez facilement les solides minces. Ce qui n'est possible que s'ils ne frappent pas un atome. Il suggère de plus que ces corpuscules forment la substance chargée primordiale qui se trouve dans tous les atomes comme ceux-ci agissent exactement de la même façon quel que soit le gaz original du tube et la nature des électrodes.

                         Montage de Thomson

            En 1897, dans un tube encore mieux évacué que ceux de ses prédécesseurs, il fait agir dans la même région deux champs constants: un champ électrique vertical, produit par deux plaques parallèles chargées, et un champ magnétique horizontal perpendiculaire à l'axe du tube, produit par le courant qui passe dans deux bobines plates placées dans l'air de chaque côté du tube. Il règle ces champs de telle sorte que les corpuscules continuent en ligne droite, ce qui demande que les forces électrique et magnétique soient égales et de sens opposés dans la zone où existent les champs

et donc que

Il mesure ainsi leur vitesse v , vitesse donnée par

le rapport des champs électrique E et magnétique B : il trouve une vitesse v de 1,5⋅10⁷ m/s dans le cas de son montage.

            Ne laissant les corpuscules qu'à l'action de la force magnétique qui agit alors comme force centripète dans la zone entre les deux bobines, il trouve que leur rapport masse sur charge m / q est donné par

en isolant ces quantités de notre équation (10.5.6). Il mesure maintenant le rayon de courbure R des corpuscules pour un champ magnétique B donné, et comme il a déjà évalué leur vitesse v , il trouve un rapport masse sur charge m / q de 7,7⋅10^-12 kg/C; or cette valeur n'est qu'à peu près le millième du même rapport pour l'ion atomique d'hydrogène lors de l'électrolyse; soit de 1,04⋅10^-8 kg/C, donné par la masse molaire de l'hydrogène atomique 10^-3 kg divisée par la quantité d'électricité de 96 500 C requise pour produire une mole d'hydrogène atomique. Faisant maintenant l'hypothèse que la charge q du corpuscule est du même ordre de grandeur que celle de l'ion d'hydrogène atomique, il conclut que sa masse m est mille fois plus petite, ce qui renforce l'idée que le corpuscule est un élément primordial.

            La même année, soit en 1897, Wien montre que les rayons-canaux sont formés de charges positives; il obtient avec un montage analogue où la différence de potentiel entre les électrodes est très grande un rapport masse sur charge de l'ordre de 10^-8 kg/C, rapport différent selon le gaz du tube et l'élément de l'anode. Il semble donc que l'ion positif porte presque toute la masse de l'atome et l'ion négatif, une masse mille fois plus faible. Et que les rayons-canaux sont des atomes qui, ayant perdu un ou des corpuscules, sont devenus ions positifs.