Thomson Atom Modeli: Üzümlü Kek Modeli
Yirminci yüzyıl, tüm atomların birkaç temel parçacıktan oluştuğunu gösterdi. Bu yüzyılın ikinci yarısından itibaren proton ve nötronun da daha temel yapıtaşlarından oluştuğu görüldü. Temel parçacıklarla ilgili değişik listeler yapıldı. En son listede 16 kadar temel parçacık bulunuyor. Fakat tüm bu değişmeler boyunca bir parçacık hep listede kaldı: elektron. Elektronlar, katot ışınları olarak gözlendi. Şimdi bu gözleme kısaca göz atacağız. Bugün bildiğimiz bilgisayar ve TV ekranları katot ışınları tüpü denen bir düzenek içerir.
Bu tüp ilk kez Michael FARADAY (1791-1867) tarafından yapılmıştı. Faraday, havası boşaltılmış bir cam borunun iki ucuna bir doğru akım üreteci bağlamış, tüpün negatif uç bağlanmış ucundan,yani katodundan çıkan ışının pozitif uç bağlanmış ucuna,yani anota gittiğini "görmüştür." Böylece Faraday, katot ışınlarını keşfetmiştir. Daha sonraki araştırıcılar katot ışınlarının tüp içinde bir doğru boyunca yol aldıklarını ve katodun yapılmış olduğu maddeye (demir, platin vb.) bağlı olmadıklarını bulmuşlardır. Gerçekte katot ışınları gözle görülmez. Ancak çarptıkları bir yüzeyden yaydıkları ışıkla görülebilirler.(Yüksek enerjili bir ışının bir madde yüzeyine çarpmasıyla ışık yayılmasına fluoresans denir). Bilindiği gibi ilk bilimsel atom kuramı,19. yüzyıl başlarında John Dalton (1766-1844) tarafından ortaya konmuştur. Dalton'un atomu elektriksel yapıdan uzak, katı birer boncuk gibiydi!
19. yüzyıl bitmek üzere. Yıl 1897... Elektronun keşfinin onuru, haklı olarak Ingiliz fizikçi Sir Joseph John Thomson (1856-1940)undur.
Thomson, deşarj (boşalım) tüplerinde yayılan katot ışınlarının özeliklerini inceliyordu. Thomson'un deneyinde, elektriksel kuvvetler,paralel duran yüklü levhalar tarafından üretilmişti. Daha önce de gördüğümüz gibi,herhangi bir yüklü cisim üzerindeki elektrik kuvveti,genel olarak yük ile cismin bulunduğu noktadaki elektriksel alan değerinin çarpımı şeklinde ifade edilebilir. Havası alınmış bu tüplerde ve yüksek gerilim altında katottan anota doğru yayılan bu ışınlar, elektrik ve manyetik alanda da pozitif kutbun etkisiyle sapmaya uğruyordu. Katot ışınları, negatif elektrikle yüklüydü. Thomson, bu ışınların sapmalarından yararlanarak yük /kütle oranlarını hesapladı. Bu oran, iyonların ölçülen yük/kütle oranlarına göre çok büyüktü. Bu sonuca göre katot ışını birimleri negatif yüklü, çok küçük kütleli atom içi parçacıklardı. Ayrıca katot ışını parçacıklarının kütle/yük oranının değeri ölçülme koşullarının hiçbirine bağlı görünmüyordu. Atomların içlerinde negatif yüklü elektronların gömülü olduğu ve içinde pozitif yükün düzgün olarak dağıldığı maddesel küreler olduğunu önerdiğinde bu, normal karşılanmıştı. Thomson, bunu üzümlü keke benzetmişti. Kekin bütünü atomdu, üzümler de elektron. Bu terimi ilk kullanan (1874'te)Ingiliz-Irlandalı fizikçi ve gökbilimci George Johnstone Stoney'dir(1826-1911).
Thomson, meslektaşları ve öğrencileri tarafından çok sevilen biriydi. Büyük ölçüde onurlandırıldığı da bir gerçek. 1906 Nobel fizik ödülüyle taçlandırıldı; 1908'de Şovalyelik ünvanını aldı; 1915'te de Royal Society Başkanlığına getirildi...
Ama 13 yıl sonra yapılan bir deney, görünüşte pek sorunu olmayan modelin terk edilmesini gerektirdi ve klasik fizik ışığında anlaşılamayacak bir atom yapısının doğmasına yol açtı. Thomson' a sorulan sorulan soru şuydu: Negatif yüklü elektronlar "taneli" olduğu halde pozitif yük neden ve nasıl "kesiksiz" olarak atomik hacmi doldurabiliyor? Atomun Içine Bakış! "Üzümlü kek" içinde ne olduğunu anlamının yolu onun içine "bakmak"tır. Bu işi, Yeni Zelandalı bilimci Ernst Rutherford (1871-1937) başardı. Bu başarıda ona öğrencileri Geiger ve Marsden yardım etti. Radyoaktiflikle ilgi çalışmaları ona daha 1908'de Nobel Kimya Ödülü'nü getirmişti. Rutherford ve Soddy, daha önce değişmez olarak düşünülen kimyasal elementlerin radyoaktiflik sürecinde başka elementlere dönüştüğünü bulmuşlardı. Soddy, yeni olayı radyoatif dönüşüm olarak adlandırmayı önerdi. Kurşunun altına dönüşümü gibi, elementlerin dönüşümü, 19. yy kimyacılarının ve fizikçilerinin reddettiği bir eski simya düşüydü. Soddy'nin önerisine Rutherford'un yanıtı Zeus aşkına Soddy, bizi simyacı sanacaklar demek olmuştu.
Rutherford' un önerisi üzerine Geiger ve Marsden de bunu yaptılar.1911'de yaptıkları ünlü deneyde, bazı radyoaktif elementlerin yaydığı hızlı alfa parçacıklarıyla ince altın yaprağı bombardıman ettiler. Yalnız ondan önce bilinmesi gereken şeyler var: Rutherford, radyoaktif maddelerden yayılan üç tip ışıma(radyasyon) konusunda ayrıntılı çalışmalar yapmış, bu ışımalardan alfa ve betayı kendisi bulmuştu. 1900 yılında Villard da gama ışınlarını bulmuştu. sonradan yapılan deneyler sonucunda alfa ışınlarının gerçekte helyum çekirdeği, beta ışınlarının çekirdekten çıkan elektronlar ve gamma ışınlarının yüksek enerjili fotonlar oldukları gösterilmişti. Alfa parçacıkları, iki elektronunu kaybetmiş helyum çekirdekleriydi ve +2 yüklüydü. Rutherford, alfa parçacıklarının pozitif elektrikle yüklü parçacıklar olduğunu biliyordu
