תומסון הושפע מעבודותיהם של ג'יימס קלרק מקסוול ווילהלם רנטגן בנושא קרני רנטגן. הוא הסיק כי הקרינה הנפלטת מקתודה מורכבת מחלקיקים טעונים מטען שלילי, להם קרא "גופיפים" (corpuscles), שהיום ידועים כאלקטרונים. קדם לו ג'. ג'ונסון סטוני שהעלה השערה בדבר קיומו של האלקטרון כיחידת מידה באלקטרוכימיה, אבל תומסון שיער שהאלקטרון הוא חלקיק תת-אטומי, הראשון שנתגלה. תגליתו התפרסמה ב-1897 ועוררה התרגשות בקהילייה המדעית, והובילה בסופו של דבר לזכייתו בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1906. למרבה האירוניה, בנו, סר ג'ורג' פג'ט תומסון, זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1937 על תגליתו שהאלקטרון הוא גם גל.
על סִפּה של מלחמת העולם הראשונה היה תומסון אחראי לתגלית אחרת, אשר היוותה פריצת דרך נוספת, קיומם של איזוטופים שונים של אותו יסוד.
בשנים 1915–1920 כיהן כנשיא החברה המלכותית. בשנת 1918 מונה למנהל טריניטי קולג' שבקיימברידג' ושימש בתפקיד עד מותו ב-1940.
תומסון קבור בכנסיית וסטמינסטר בסמוך לפיזיקאי דגול אחר, אייזק ניוטון.
ראשית חייו.
תומסון נולד במנצ'סטר.
קריירה.
גילוי האלקטרון.
מספר מדענים, כגון ויליאם פראוט (William Prout) ונורמן לוקיטר (Norman Lockyr), הציעו שאטומים בנויים מיחידה יותר בסיסית, אך סברו כי היחידה הזאת תהיה בגודל של האטום הכי קטן, מימן. תומסון, ב-1897, היה הראשון להוכיח שישנו חלקיק תת-אטומי, הקטן ביותר מפי 1,000 מהאטום, חלקיק שכיום ידוע כאלקטרון.
תומסון גילה זאת דרך מחקריו על שפופרת קרן קתודית. תומסון הציג את התאוריה שלו ב-30 באפריל 1897 בעקבות הגילוי שקרני קתודה (באותו זמן ידועות כקרני לנארד) יכולות לנוע דרך האוויר הרבה יותר רחוק ממה שאפשרי לחלקיק בגודל אטומי. הוא העריך את המסה של קרני הקתודה על ידי מדידת החום שנפלט כאשר הקרניים פגעו בצומת תרמית והשווה זאת לסטייה של הקרניים על ידי שדה מגנטי. הניסויים שלו הציעו לא רק שקרניים קתודיות קלות ביותר מפי 1,000 מאטום המימן, אלא גם שהמסה שלהם זהה ללא תלות ביסוד ממנו באו. הוא הסיק שהקרניים בנויות מחלקיקים מאוד קלים, בעלי מטען שלילי, חלקיקים המהווים רכיב אוניברסלי של מבנה האטומים. הוא קרא לחלקיקים האלה "קורפסל" (corpuscles), אבל לאחר מכן מדענים העדיפו את השם אלקטרון, שהוצע על ידי ג'ורג' ג'ונסטון סטוני ב-1891, עוד לפני הגילוי של תומסון.
באפריל 1897, לתומסון היו רק סימנים מוקדמים שקרניים קתודיות יכולות להיות מוסטות על ידי שדה חשמלי (חוקרים קודמים כמו היינריך רודולף הרץ חשבו שזה לא אפשרי). חודש לאחר ההצהרה של תומסון על הקורפסל (אלקטרון), הוא מצא שהוא יכול באופן אמין להסיט את הקרניים על ידי שדה חשמלי אם הוא יוצר לחץ נמוך מאוד בשפופרת הקתודית. על ידי השוואה של סטיית הקרניים הקתודיות בהשפעת שדה מגנטי ושדה חשמלי הוא השיג מדידות יותר ודאיות של יחס מטען למסה ואישש את ההשערות הקודמות שלו. זו הפכה לשיטה קלאסית למדידת המסה והמטען של האלקטרון. תומסון האמין שהקורפסלס (אלקטרונים) הגיעו מהאטומים של הגז שנותר בשפופרת לאחר שאיבתה. לפיכך, הוא הסיק שהאטומים ניתנים לחלוקה, ושהקורפסלס הם מאבני הבניין שלהם.
ב-1904 תומסון הציע מודל של האטום, לפיו האטום הוא כדור של חומר טעון חיובית ובתוכו מפוזרים האלקטרונים, כך האלקטרונים בעלי המטען השלילי מאזנים את המטען החיובי של החומר בתוכו הם נמצאים ולכן המטען הכולל של האטום הוא נייטרלי. המודל נקרא "עוגת הצימוקים" ובשמות נוספים דוגמת "פודינג שזיפים" (plum pudding). בתוכו האלקטרונים נראים משובצים בתוך תווך בעל מטען חיובי כמו שזיפים בפודינג שזיפים (למעשה במודל של תומסון האלקטרונים לא היו נייחים אלא נעו במהירות בהתאם לכוחות האלקטרוסטיים באטום).
גילוי האיזוטופים.
ב-1912, כחלק ממחקרו על הרכב זרמים של חלקיקים טעונים חיובית, שנקראו אז קרני תעלה (canal rays), תומסן ועוזר המחקר שלו פרנסיס ויליאם אסטון, תיעלו זרם של יוני ניאון דרך שדה מגנטי וחשמלי ומדדו את ההיסט על ידי הנחת לוח צילום במסלול הזרם. הם זיהו שני אזורים של אור על לוח הצילום, כלומר שני היסטים שונים, והסיקו שהניאון מכיל אטומים משתי מסות אטומיות שונות (ניאון 20 וניאון 22), כלומר שני איזוטופים. זו הייתה ההוכחה הראשונה לאיזוטופים של יסוד יציב; קדם להם פרדריק סודי שהציע את קיומם של איזוטופים כדי להסביר את הדעיכה של יסודות רדיואקטיביים מסוימים.
ההפרדה של איזוטופים על בסיס המסה שלהם הייתה הדוגמה הראשונה של ספקטרומטר מסה, שבאופן הדרגתי שופר והתפתח לשיטה כללית על ידי פרנסיס ויליאם אסטון וארתור ג'פרי דמפסטר.
נמל תעופה
נמל תעופה הוא מתחם המאפשר למטוסים לנחות, להמריא ולחנות. מקובלת ההבחנה בין נמל תעופה (airport) – מתקן המשמש כשער כניסה אווירי עיקרי לעיר, לאזור או למדינה, בו ממריאות ונוחתות טיסות מסחריות, וכולל טרמינל אחד או יותר לנוסעים ולמטענים, וכן שטחי חניה, תפעול ותחזוקה; לבין שדה תעופה (airfield או aerodrome) – מתקן מצומצם יותר המאפשר המראה ונחיתה מפוקחות של מטוסים, אך ללא מלוא התשתיות והשירותים של נמל תעופה.
נמל תעופה כולל מספר מרכיבים עיקריים: מגדל פיקוח הכולל מכ"ם, מסלול נחיתה והמראה, אזור לטיפול טכני ותחזוקת המטוס, אזור חניה למטוסים, טרמינלים לנוסעים ולמטענים. נמל תעופה בין־לאומי המשמש שער כניסה ויציאה בין מדינות כולל גם שירותי מכס וביקורת גבולות.
בעלות וניהול.
ברוב מדינות העולם, שטח נמלי התעופה שייך למדינה וניהול נמלי התעופה עצמם נמסר לתאגיד או רשות האחראית לנושא. בישראל, תפעול כלל שדות ונמלי התעופה כפוף לאחריות רשות שדות התעופה. הניהול השוטף של הנמל מתבצע בדרך כלל על ידי חברה ייעודית, ושני גופים אלה אמורים לנהל את נמל התעופה באופן מאוזן תקציבית. ההכנסות מתקבלות על ידי אגרות שונות שנמל התעופה גובה ממטוסים העושים שימוש בשירותיו ומהפעילות המסחרית בשטחו. בצורה זו, המדינה לא צריכה להשקיע מתקציבה בענף תשתיות התעופה, למעט עלויות ההקמה. בישראל, ניהול נמלי התעופה מתבצע בצורה "רווחית" ועודפי התקציב משמשים להמשך השקעה בתשתיות התעופה.
מסלולי הטיסה.
מסלולי הטיסה נועדו לשרת את היכולת להמריא ולנחות, תוך שמירה על סטנדרטים בין־לאומיים באשר ליכולת להפסיק המראה, לנחות עם תקר בגלגל וכיוצא באלו. כל נושא מסלולי הטיסה מתוקנן על ידי הארגון הבין־לאומי לתעופה אזרחית. במנחתים המיועדים להמראות ונחיתות של מטוסי "תעופה כללית", מטוסים שמשקלם המרבי בהמראה מוגבל והם לא לוקחים כמות גדולה של נוסעים בצורה מסחרית, בדרך כלל יהיה מסלול אחד שאורכו הטיפוסי 1,200 מטר. בנמלי תעופה גדולים הנדרשים לתמוך במטוסי נוסעים גדולים - בדרך כלל יהיו כמה וכמה מסלולי טיסה שאורכם 2,400 מטר, 3,600 מטר ואפילו יותר מכך. מסלולי טיסה אלו, בדרך כלל, יכלול תשתיות בטון עמוקות במקטעים של תחילה וסוף מסלול כדי לתמוך את משקלם הגדול של המטוסים. בנמלי תעופה גדולים תהיה תאורת המסלול, תאורת מסלולי ההסעה, תאורת גישה לנחיתה, אמצעי ניווט ומכשירים שונים שנועדו לעזור לטייסים בעת ביצוע גישה לנחיתה במג אוויר קשה ועוד. בשדות תעופה צבאיים, בדרך כלל, תהיה התקנה של "כבל עצירה" בסוף ובתחילת מסלול וכל שליש אורך מסלול. בשדות תעופה צבאיים, בדרך כלל, תהיה מותקנת גם רשת עצירה בסוף ובתחילת מסלול.
אחת הסכנות הגדולות לתעופה אזרחית, היא שאיבה של "עצם זר" למנוע בזמן ריצת ההמראה. מכיוון שכך, בחלק משדות התעופה מותקנים אמצעים ייעודיים לאיתור "עצמים זרים" שהגיעו בטעות אל מסלול הטיסה (כמו מכ"ם או אמצעים אופטיים שונים). בכל שדות התעופה, ללא קשר להימצאות מערכות ממוכנות לאיתור "עצמים זרים", צוות הקרקע של השדה מבצע סריקה אנושית של המסלולים באופן עיתי. בשדות אזרחיים גדולים סריקה זו מתבצעת בצורה רכובה, בשדות תעופה צבאיים, בדרך כלל, יש שגרה של סריקת המסלולים על ידי עשרות חיילים שהולכים בשורה חזיתית לרוחב המסלול ומוודאים בעיניים שאין חפץ זר על המסלול. גם פקחי הטיסה אמורים לצפות במטוסים הממריאים ונוחתים באופן רצוף, באמצעות משקפת - ולנסות לראות מקרים של התנתקות פיסות מהצמיג או תופעות דומות שעלולות לגרום להימצאות "עצם זר" על המסלול למטוס הבא בתור.
מתקנים ותשתיות.
אנרגיה.
נמלי התעופה, בהגדרה, צריכים לדאוג לאספקת הדלק למטוסים. מטוסי בוכנה, בדרך כלל, מחייבים דלק באוקטן גבוה בעוד שמטוסי סילון עושים שימוש בדלק סילוני ייעודי. בהתאם, בדרך כלל, ליד כל נמל תעופה גדול תהיה חוות מכלי דלק סילוני ומערכת הולכה שמעבירה את הדלק אל נמל התעופה. בנוסף, למקרה הצורך, שדות התעופה מחזיקים צי של משאיות/"מכליות דלק" היכולות לספק את הדלק למטוסים.
מרכיבים רבים בנמל התעופה הם קריטיים להפעלתו, כמו למשל, תאורת המסלולים, המכ"מים, מכשירי הרדיו שמאפשרים תקשורת בין פקחי הטיסה לטייסים ועוד. מכיוון שכך, בכל נמל תעופה גדול יהיה מערך גנרטורים המאפשר אספקת חשמל לגיבוי, במקרה שאספקת החשמל הארצית תיפסק מסיבה כלשהי. סטנדרט היתירות לאמצעים הקריטיים נקבע גם הוא על ידי הארגון הבין־לאומי לתעופה אזרחית.
תשתיות תקשו"ב.
נמל תעופה מודרני תופס שטח גדול, ונמצאים בו ארגונים רבים ומגוונים. כל הגופים הפעילים בנמל צריכים לקיים "תמונת מצב" משותפת הן לגבי תנועת המטוסים והן לגבי תנועת הנוסעים. מכיוון שכך ועל רקע התחרות בענף והמהפכה הדיגיטלית, יש בנמל התעופה עשרות רבות של מערכות מידע ממוכנות ובכללן: