في عام 1897، أجرى الفيزيائي البريطاني جوزيف جون طومسون سلسلة من التجارب على أشعة الكاثود، وهي أشعة غير مرئية تنبعث من الكاثود في أنبوب التفريغ. لاحظ طومسون أن أشعة الكاثود يمكن أن تنحرف بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
استنتج طومسون من هذه التجارب أن أشعة الكاثود تتكون من جسيمات سالبة الشحنة. كما تمكن من حساب كتلة هذه الجسيمات وسرعتها.
وجد طومسون أن كتلة جسيمات أشعة الكاثود صغيرة جدًا مقارنة بكتلة الذرات. على سبيل المثال، وجد أن كتلة جسيم أشعة الكاثود حوالي 1/1836 من كتلة ذرة الهيدروجين.
بناءً على هذه النتائج، استنتج طومسون أن هناك جسيمات أصغر من الذرة. أطلق على هذه الجسيمات اسم "الإلكترونات".
يمكن تلخيص الاكتشافات التي قادت طومسون إلى استنتاج وجود جسيمات أصغر من الذرة على النحو التالي:
- أشعة الكاثود تنبعث من الكاثود في أنبوب التفريغ.
- أشعة الكاثود يمكن أن تنحرف بواسطة المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
- جسيمات أشعة الكاثود سالبة الشحنة.
- كتلة جسيمات أشعة الكاثود صغيرة جدًا مقارنة بكتلة الذرات.
كان اكتشاف طومسون للإلكترون ثورة في علم الفيزياء. فقد أثبت أن الذرات ليست أصغر جسيمات في الكون، وأن هناك عالمًا من الجسيمات دون الذرية أصغر من الذرات.