Elektron
Tarihi > Madde dışındaki serbest elektronların keşfi

Seyreltilmiş gazlarda elektrik iletkenliği üzerine çalışmalarda bulunan Julius Plücker, 1859 yılında, katottan yayılan radyasyonun yol açtığı fosforesans ışığın, katodun yanındaki tüpte göründüğünü ve bu ışığın, manyetik alan uygulanmasına bağlı olarak hareket ettiğini gözlemledi. 1869'da Johann Wilhelm Hittorf, katot ile tüpün duvarları arasında koyduğu katı bir cismin bir gölge oluşturduğunu tespit etti. 1876'da Eugen Goldstein, bu cismin gölgesinin cisimden daha büyük boyutlarda olduğunu gözlemleyerek fosforesansı oluşturan ışınların katottan direkt bir yol izleyerek geldiğini belirledi ve bu ışınlara katot ışını (Almanca: Kathodenstrahlen) adını verdi. 1869-1875 yılları arasında William Crookes, içerisine yüksek vakum olan bir tüp geliştirdi. 1874'te, katot ışınlarının izlediği yola koyulan bir çarkın, ışınların etkisiyle döndüğünü gözlemleyerek bu ışınların momentum taşıdığını ve katottan anoda doğru hareket ettiğini gösterdi. Işınlara uyguladığı manyetik alanla ise ışınları saptırmayı başararak bu ışınların negatif yüklüymüş gibi davrandığını tespit etti. 1879'da, "radyant madde" olarak tanımladığı şeyle bu özelliklerin açıklanabileceğini ve maddenin, negatif yükle yüklenmiş olan yüksek hızla katottan tasarlanmış moleküller dahil dört durumu olduğunu olduğunu ileri sürdü.
Arthur Schuster, katot ışınlarına paralel iki metal levha yerleştirdi ve levhalar arasında bir elektrik potansiyeli uygulayarak Crookes'un deneyini ilerletti. Işınların, alanın etkisiyle pozitif yüklü levhaya doğru sapmasıyla negatif enerji taşıdığı kanıtlanmış oldu. 1890'da, akımın verilen seviyesi için sapma miktarını ölçerek ışın bileşenlerinin kütle-yük oranını tahmin etti. Ancak bu üretilen değer beklenenin bin katından fazlaydı, bu yüzden o dönemde kendisinin hesaplamaları yaygın bir biçimde kabul görmedi. 1892'de Hendrik Lorentz, bu parçacıkların (elektronların) kütlelerinin, onların elektrik yükünün bir sonucu olabileceği fikrini ortaya attı.
1896'da floresans mineraller üzerinde çalışmalar yürüttüğü sıralarda Henri Becquerel, bu minerallerin hiçbir dışsal enerji kaynağına maruz kalmadan radyasyon yaydıklarını keşfetti. Sonrasında Ernest Rutherford, bu radyoaktif malzemelerin parçacık yaydığını tespit ederek bu parçacıkları maddeye nüfuz etme özelliklerine göre alfa ve beta olarak adlandırdı. 1900'de Becquerel, radyumun yaydığı beta ışınlarının elektrik alanını saptırabileceğini ve kütle-yük oranlarının katot ışınlarındakinin aynısı olduğunu belirledi. Bu bulgu, elektronların atomların bileşenleri olduğu fikri için bir kanıt oluşturuyordu.
1897'de J. J. Thomson, John Townsend ve Harold Wilson, öncesinde düşünüldüğünün aksine katot ışınlarının dalga, atom veya molekülden farklı ve özgün parçacıklar olduğunu gösteren deneyler yaptı. Thomson, katot ışın parçacıklarının bilinen en hafif iyon olan hidrojeninkinin binde biri olan kütlesinin (m) ve yükünün (e) doğru bir tahminini yaptı. Yük-kütle oranının (e/m) katodun malzemesinden bağımsız olduğunu gösterdi. Devamında ise radyoaktif, sıcak veya aydınlatılmış malzemeler tarafından üretilen negatif yüklü parçacıkların evrensel olduğunu ispatladı. Elektron ismi bir kez daha, Johnstone Stoney tarafından bu parçacıklar için önerildi ve ilerleyen dönemde evrensel olarak kabul gördü.
1909'da gerçekleştirdikleri ve sonuçları 1911'de yayımlanan yağ damlası deneyi sonrasında Robert A. Millikan ve Harvey Fletcher, elektronların yüklerini daha hassas bir şekilde ölçtüler. Deneyde, yüklü yağ damlacığının yerçekimi yüzünden düşmesini önlemek için elektrik alanı kullandı. Bu araç sayesinde %0,3'ten az bir hata payıyla, 1-150 kadar az iyonun elektrik yükü ölçülebildi. Benzer deneyler de elektroliz tarafından yönetilen yüklü su damlacıkları bulutları kullanarak Thomson'ın ekibi tarafından daha önce yapılmıştı. 1911'de ise Abram İoffe'nin, metallerin yüklü mikroparçacıklarını kullanarak yaptığı ve Milikan ile aynı sonuca bağımsız olarak ulaştığı deneylerin sonuçları 1913'te yayımlandı.
20. yüzyılın başlarında, belirli koşullar altında hızlı hareket eden yüklü parçacığın yolu boyunca aşırı doymuş su buharı yoğunluğuna yol açtığı keşfedildi. 1911'de Charles Wilson'ın tasarladığı bulut odasında bu prensip kullanıldı ve böylelikle hızlı hareket eden elektronlar gibi yüklü parçacıkların izleri fotoğrafladı.