percorso di Francesco Vissani
L’identificazione (o scoperta) dell’elettrone come particella costituente dei raggi catodici, la misura della sua carica e quella della sua massa sono ascritte a merito di J.J. Thomson (1897) e precedono la scoperta del nucleo dell’atomo. Vorremmo limitarci ad evidenziare un paio di dettagli curiosi che ci permettono di illustrare e discutere la natura del progresso scientifico.
Per prima cosa, leggendo il discorso di accettazione del premio Nobel per la fisica del 1906 si noterà che Thomson non usa mai la parola electron; infatti, lui li chiamava corpuscles - parola che suona proprio come l’omologa italiana, corpuscoli. La parola corpuscle rimarca l’idea e l’affermazione che i ‘raggi catodici’ siano frammenti o pezzettini di materia, non una sostanza eterea come i ‘raggi X’ o in generale la luce. Essa veniva usata per indicare un elettrone strappato dal resto dell’atomo.
L’altro dettaglio è altrettanto interessante, o forse lo è ancora di più.
Ribadiamo che all’epoca non si aveva idea di quali fossero le manifestazioni caratteristiche dell’atomo o, per dirla in termini immaginifici, di come fosse fatto. Poco dopo aver scoperto l’elettrone, Thomson misurò anche la massa degli atomi, scoprendo che era molto più grande di quella di un singolo elettrone. Sulla base di questa osservazione, egli giunse alla speculazione che, per dar ragione della massa di un atomo di idrogeno, esso doveva contenere un migliaio di elettroni (vedi ad es. il suo libro del 1905 Elettricità e materia, tradotto dalla versione inglese del 1904). La relazione tra il numero n di “corpuscles”, la massa di ognuno di loro m e la massa di un atomo M è: \[M=n\times m.\]
Ma come avrebbe fatto l’atomo a stare insieme secondo il concetto di Thomson? L’idea che gli sembrò più promettente era che ci fosse una qualche sorta di “contenitore di elettroni”,
posizione che si basava su certe precedenti intuizioni di Mossotti. Su questa falsariga Thomson avanzò la proposta che l’atomo fosse una specie di panettone, in cui gli elettroni avevano il ruolo dell’uvetta - o dei canditi, poco importa.
Nei paesi di lingua inglese, infatti, il suo modello viene comunemente detto plum pudding model. Il plum pudding è un dolce natalizio tradizionale, preparato con frutta secca e mandorle, ma anche birra, mollica, rognone, rum, sale... insomma, di tutto tranne le prugne (=plums) ... non l’ho mai assaggiato, ma credo che possiamo immaginarlo come una via di mezzo tra un panettore e un budino.
Siccome l’atomo è come regola senza carica netta, la carica degli elettroni andava in qualche modo compensata, e l’idea era che il contenitore del ‘plum pudding’ avesse carica elettrica opposta a quella dei ‘corpuscles’ in esso alloggiati e tale da compensarla esattamente. La proposta fu messa per iscritto nel 1904 e pubblicata sul principale giornale scientifico inglese dell’epoca, il Philosophical Magazine.