Thomsons rosinbollemodell

**Thomsons rosinbollemodell** for atomets oppbygning ble foreslått av den engelske fysiker J.J. Thomson etter at han hadde oppdaget elektronet i 1897. Denne partikkelen ble nesten med en gang antatt å være bæreren av den negative elementærladningen som tidligere var påvist i elektrolyseeksperimenter. Målinger viste at elektronet hadde en masse som var av størrelsesorden en tusendel av massen av hydrogenionet, det som i dag kalles et proton. 

På den tiden begynte man å spekulere på om all materie var bygd opp av elektroner og at deres bevegelse inne i atomene kunne gi opphav til emisjon av lys med karakteristiske spektra. Allerede i 1895 hadde den nederlandske fysiker Hendrik Lorentz brukt en slik modell til å forklare hvordan spektrallinjene ble påvirket av magnetfelt. Et par år senere ble denne Zeeman-effekten nøyaktig målt av hans landsmann Pieter Zeeman. Resultat for forholdet *e/m* mellom ladning og masse for elektronet som Thomson fant, var i overensstemmelse med hva Zeeman hadde funnet. Dette bildet ble ytterligere styrket rundt 1900 da Rutherford viste at betastråling bestod av elektroner som ble antatt å komme ut fra atomene.

All denne nye innsikten medførte at Thomson og andre på samme tid begynte å forestille seg atomene som bestående av negativt ladde elektroner, holdt sammen av en ukjent kraft som samtidig måtte inneholde like mye positiv ladning for å gjøre atomet elektrisk nøytralt. Dette bildet ble først foreslått av Lord Kelvin i 1902. Den positive ladningen kunne ikke bestå av positive enkeltladninger alene. Dette skyldes teoremet til Samuel Earnshaw som flere tiår tidligere hadde vist at et system bestående av positive og negative ladninger holdt sammen med Coulomb-krefter, ikke kunne være mekanisk stabilt.

## En dynamisk ringmodell

Thomson hadde flere år tidligere undersøkt forskjellige dynamiske systemer bestående av små magneter med magnetiske vekselvirkninger. Disse var i utgangspunktet også ustabile, men kunne gjøres stabile ved å arrangere magnetene på en sirkel i regelmessig avstand fra hverandre. Dette fikk han til å tro at en tilsvarende plassering av elektronene i et atom kunne også gjøre det stabilt. 

Rent konkret tenkte Thomson seg at elektronene i befant seg i det elektriske potensialet fra en positiv ladningsfordeling med radius *R* som skulle være atomets radius. Inneholder det *N* elektroner, må den totale, positive ladningen være *Ne* for at atomet som helhet skulle være elektrisk nøytralt. Antas det så at denne er jevnt fordelt, vil det på et elektron virke en elektrisk kraft rettet innover mot sentrum til "rosinbollen"  i avstand *r* med størrelse . Dette følger fra en kombinasjon av Coulombs lov og Gauss' lov. Men samtidig vil de andre  elektronene plassert regelmessig på sirkelen, gi en frastøtende Coulomb-kraft som virker i motsatt retning. Legges disse enkeltbidragene sammen, gir det nettokraften

:  F =   {e^2\over 4\pi\varepsilon_0 r^2}\left(N{r^3\over R^3}  - {1\over 4}\sum_{n=1}^{N-1} {1\over\sin n\pi/N} \right)  

hvor summen er bidraget fra de andre elektronene. Denne elektriske kraften må balanseres mot sentripetalkraften *mv<sup>2</sup>/r* hvor *m* er massen til elektronet og *v* er den felles hastighet for elektronene i ringen. Så lenge denne  er slik at ligningen er oppfylt for en viss verdi av  baneradius *r*, er elektronkonfigurasjonen i likevekt.

Det neste spørsmålet Thomson undersøkte, var stabiliteten til denne likevekten. For *N* 

## Eksterne lenker
* C. Baily,  *Early Atomic Models - From Mechanical to Quantum (1904-1913)*, arxiv.org-1208.5262.