톰슨의 음극선 실험 (전자의 발견)

J. J. Thomson's cathode-ray experiment (discovery of the electron)

음극선관 속을 날아가는 «선» 이 빛이 아니라 전하를 띤 알갱이라는 것을 어떻게 알아냈을까요?

무슨 일이 일어났나

1897 년 케임브리지 대학교 캐번디시 연구소의 J. J. 톰슨은 관 속 기체를 거의 다 빼낸 음극선관으로 실험했고, 그러자 음극선이 전기장에서 휘었습니다(APS).

톰슨은 음극선이 전하를 띤 입자라고 보고 «미립자(corpuscles)» 라 불렀으며(APS), 그 질량 ÷ 전하 비가 전하를 띤 수소 원자보다 1,000 배 넘게 작다는 것을 알아냈습니다(APS).

시뮬레이터에서 2000 V 로 가속한 전자는 2.64×10⁷ m/s 로 날고, 자기장을 378 µT 걸면 전기력과 자기력이 맞서 곧게 갑니다. 그때의 v = E/B 와 휜 거리로 잰 e/m 은 1.76×10¹¹ C/kg 입니다.

CODATA 2022 의 전자 전하 ÷ 질량은 −1.758 820 008 38×10¹¹ C/kg 이고(NIST), 시뮬레이터 값이 0.14 % 작은 것은 빠른 전자의 상대론 효과까지 셈했기 때문입니다.

톰슨은 음극선이 전하를 띤 입자인지 가려내려고, 틈이 난 금속 원통 한 쌍으로 끝나는 음극선관을 만들고 관 속 기체를 거의 다 빼냈습니다(APS). 특히 결정적이었던 세 실험 끝에, 그는 음극선이 «미립자» 라는 결론을 내렸습니다(APS).

https://www.energy.gov/science/doe-explainsthe-standard-model-particle-physics(확인 2026-11-12)
https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/02/1.html(확인 2026-11-12)
https://www.aps.org/apsnews/2000/10/discovery-of-the-electron(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?esme(확인 2026-11-12)
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1906/thomson/facts/(확인 2026-11-12)