约瑟夫·约翰·汤姆逊爵士是英国物理学家和诺贝尔物理学奖获得者，因发现电子（第一个被发现的亚原子粒子）而获得称赞。
1897年，汤姆逊证明了阴极射线由之前未知的带负电粒子组成，现在称为电子，他计算出这些粒子的体积必须远小于原子，且电荷与质量比很高。汤姆逊还因1913年在探索正离子成分的过程中首次发现了稳定非放射性元素的同位素而获得认可。他与Francis William Aston进行的确定带正电粒子性质的实验是质谱法的首次应用，并导致了质谱仪的开发。
汤姆逊因其在气体导电领域的工作而荣获1906年诺贝尔物理学奖。
教育和个人生活
约瑟夫·约翰·汤姆逊于1856年12月18日出生在英国兰开夏郡曼彻斯特的Cheetham Hill。他的母亲Emma Swindells来自当地一个纺织业家族。他的父亲Joseph James Thomson经营着由汤姆逊的曾祖父创建的古籍书店。他有一个哥哥Frederick Vernon Thomson，比他小两岁。J. J.汤姆逊为人内向但虔诚地信奉圣公会。
他的早期教育在小型私立学校进行，他在这里展现了出色的科学天赋和兴趣。1870年，他在不寻常的年仅14岁时被录取到曼彻斯特欧文学院（现曼彻斯特大学）。他的父母计划让他作为学徒进入机车制造商Sharp-Stewart & Co，但这些计划在1873年他的父亲去世时被打破了。
1876年，他进入剑桥三一学院。1880年，他获得了数学学士学位（Tripos第二名和第二届Smith奖）。他申请并于1881年成为三一学院的研究员。汤姆逊于1883年获得了亚当斯奖的文科硕士学位。
家庭
1890年，汤姆逊与Rose Elisabeth Paget结婚。从1882年开始，女性可以参加剑桥大学的演示和讲座。Sir George Edward Paget的女儿Rose Paget是一位医生，后来是剑桥大学医学摄政教授，在圣玛丽教堂（The Less），对物理学很感兴趣。她参加了演示和讲座，其中包括汤姆逊的讲座。他们的关系由此发展。他们有两个孩子：George Paget Thomson因其在电子波动性方面的工作也获得了诺贝尔奖，以及Joan Paget Thomson（后来的Charnock），成为了作者，写有儿童读物、非虚构作品和传记。
职业生涯和研究
概述
1884年12月22日，汤姆逊被任命为剑桥大学Cavendish物理学教授。这个任命引起了相当大的惊讶，因为像Osborne Reynolds或Richard Glazebrook这样的候选人年纪更大，实验室工作经验更丰富。汤姆逊以其数学家的工作而闻名，被认为是一个杰出的人才。
他因"在气体导电的理论和实验研究上的伟大成就"而于1906年获得诺贝尔奖。他于1908年被授予爵士头衔，并于1912年获得荣誉勋章。1914年，他在牛津进行了Romanes讲座，题目为"原子论"。1918年，他成为剑桥三一学院院长，直到去世。约瑟夫·约翰·汤姆逊于1940年8月30日去世；他的骨灰安放在威斯敏斯特修道院，靠近Sir Isaac Newton和他的前学生Ernest Rutherford的墓地。
汤姆逊对现代科学的最大贡献之一在于他作为一位才华横溢的教师的角色。他的一个学生是Ernest Rutherford，他后来接任了Cavendish物理学教授的职位。除了汤姆逊本人外，他的六位研究助手Charles Glover Barkla、Niels Bohr、Max Born、William Henry Bragg、Owen Willans Richardson和Charles Thomson Rees Wilson都获得了诺贝尔物理学奖，而两位Francis William Aston和Ernest Rutherford获得了诺贝尔化学奖。此外，汤姆逊的儿子George Paget Thomson因证明了电子的波动性而获得1937年诺贝尔物理学奖。
早期工作
汤姆逊获奖的硕士论文《涡环运动论》展示了他对原子结构的早期兴趣。在其中，汤姆逊在数学上描述了William Thomson涡旋原子论的运动。
汤姆逊发表了许多论文，涉及电磁学的数学和实验问题。他检视了James Clerk Maxwell的电磁光理论，引入了带电粒子电磁质量的概念，并证明了移动的带电体似乎会增加质量。
他在化学过程数学建模方面的大部分工作可以被视为早期计算化学。在进一步的工作中，以书籍形式发表为《动力学在物理和化学中的应用》（1888），汤姆逊从数学和理论角度讨论了能量的转化，暗示所有能量可能都是动能。他的下一部著作《电气和磁学最近研究笔记》（1893）建立在Maxwell的《电气和磁学论文》基础上，有时被称为"Maxwell的第三卷"。在其中，汤姆逊强调了物理方法和实验，并包括了大量的装置图和图表，包括许多关于气体电流通过的图表。他的第三部著作《电气和磁学数学理论要素》（1895）是对各种主题的可读介绍，并作为教科书取得了相当大的受欢迎程度。
汤姆逊在1896年访问普林斯顿大学时进行的四次讲座系列，随后被发表为《气体电流通过》（1897）。汤姆逊还在1904年在耶鲁大学进行了一系列六次讲座。
电子的发现
几位科学家，如William Prout和Norman Lockyer，曾建议原子是由更基础的单位组成的，但他们设想这个单位的大小与最小的原子氢相同。汤姆逊在1897年首次建议其中一个基本单位比原子小1000多倍，暗示现在被称为电子的亚原子粒子。汤姆逊通过对阴极射线性质的探索发现了这一点。汤姆逊在1897年4月30日做出了这一建议，之后他发现当时被称为Lenard射线的阴极射线可以在空气中传播的距离比预期的原子大小粒子要远得多。他通过测量射线击中热结点时产生的热量并将其与射线的磁偏转进行比较来估计阴极射线的质量。他的实验不仅表明阴极射线的质量比氢原子轻1000多倍，而且它们的质量与其来自的原子类型相同。他得出结论，射线由非常轻的、带负电的粒子组成，这些粒子是原子的通用构建块。他称这些粒子为"微粒"，但后来的科学家更倾向于使用由George Johnstone Stoney在1891年建议的"电子"这个名称，早于汤姆逊的实际发现。
1897年4月，汤姆逊只有早期迹象表明阴极射线可以被电力偏转，之前的研究人员如Heinrich Hertz认为它们不能被偏转。在汤姆逊宣布微粒一个月后，他发现如果将放电管抽至非常低的压力，他可以可靠地通过电场偏转射线。通过比较阴极射线束受电场和磁场的偏转，他获得了更有力的质荷比测量值，证实了他之前的估计。这成为了测量电子电荷质量比的经典方法。电荷本身直到Robert A. Millikan在1909年的油滴实验才被测量。
汤姆逊认为这些微粒来自他的阴极射线管内的痕量气体原子。因此，他得出结论，原子是可分的，微粒是它们的构建块。1904年，汤姆逊提出了一个原子模型，假设它是一个正物质球体，其中静电力决定了微粒的位置。为了解释原子的整体中性电荷，他提出微粒分布在均匀的正电荷海中。在这个"布丁模型"中，电子被视为嵌入正电荷中，就像葡萄干在布丁中一样，尽管在汤姆逊的模型中它们不是静止的，而是快速绕轨道运行的。
汤姆逊大约在Walter Kaufmann和Emil Wiechert发现这些阴极射线电子的正确质荷比的同时做出了这个发现。
同位素和质谱法
1912年，作为其对当时称为正离子流（正离子束）成分的探索的一部分，汤姆逊和他的研究助手F. W. Aston将氖离子流通过磁场和电场引导，并通过在其路径上放置感光板来测量其偏转。他们在感光板上观察到两个光点（见右图），这表明两条不同的偏转抛物线，他们得出结论，氖由两种不同原子质量的原子组成（氖-20和氖-22），即两种同位素。这是对稳定元素同位素的首次发现证据；Frederick Soddy之前曾提出同位素的存在来解释某些放射性元素的衰变。
J. J.汤姆逊按质量分离氖同位素是质谱法的首个例子，随后被F. W. Aston和A. J. Dempster改进并发展成为一般方法。
阴极射线实验
早些时候，物理学家争论阴极射线是否像光一样是非物质的"以太中的某种过程"，或者是"事实上完全是物质的，并标记了带负电的物质粒子的路径"，引用汤姆逊的话。以太假说是模糊的，但粒子假说对汤姆逊来说足够明确可以测试。
磁偏转
汤姆逊首先研究了阴极射线的磁偏转。阴极射线在装置左侧的侧管中产生，通过阳极进入主钟形罐，在那里被磁铁偏转。汤姆逊通过罐中方格屏幕上的荧光检测到它们的路径。他发现无论阳极的材料和罐中的气体如何，射线的偏转都是相同的，表明射线无论其来源如何都是相同的形式。
电荷
虽然以太理论的支持者接受了在Crookes管中可能产生带负电粒子的可能性，但汤姆逊着手调查他是否真的能够将电荷从射线中分离出来。
汤姆逊制作了一个Crookes管，一侧有一个静电计，不在阴极射线的直接路径外。汤姆逊可以通过观察射线撞击管表面时产生的磷光斑来追踪射线的路径。汤姆逊观察到，只有当他用磁铁将阴极射线偏向静电计时，静电计才能记录电荷。他得出结论，负电荷和射线是一样的。
电偏转
1897年5月至6月，汤姆逊研究了射线是否可以被电场偏转。之前的实验者没有观察到这一点，但汤姆逊认为他们的实验是有缺陷的，因为他们的管中含有太多气体。
汤姆逊制作了一个真空度更高的Crookes管。在管的开始处是产生射线的阴极。射线通过两条金属狭缝被锐化成一束——第一条狭缝兼作阳极，第二条与地面相连。然后射线通过两条平行的铝板之间，当它们连接到电池时，在它们之间产生电场。管的末端是一个大球体，射线会击中其中的玻璃，产生发光斑。汤姆逊将一个刻度粘贴到这个球体的表面以测量射线的偏转。任何
