ولد جوزيف طومسون فى تشيثام هيل إحدى ضواحى مانشيستر فى المملكة المتحدة فى 18 ديسمبر 1856 م ، والتحق بكلية اوينز بمانشستر عام 1870 ، وفى عام 1876 التحق بكلية ترينتى بجامعة كامبريدج كمتدرب ، وأصبح زميلاً لكلية ترينتى فى عام 1880 ، وبقى عضواً بها لبقية حياته ، من محاضر فى عام 1883 الى رئيس لها فى عام 1918 م  ، عمل كأستاذ فى معهد كافنديش للفيزياء التجريبية التابع لجامعة كامبريدج ، متتبعاً خطى ( اللورد رايلى ) من 1884 الى 1918 م ، كأستاذ فخرى للفيزياء بالجامعة وبالمعهد الملكى بلندن .

ظهر اهتمام طومسون المبكر ببنية الذرة فى بحثه حول حركة الدوامات الدائرية ، والذى ربح به جائزة ( آدامز ) فى عام 1884 م ، وقد ظهرت فائدة هذه الدراسة الحيوية على مجالى الفيزياء والكيمياء فى عام 1886 ، وكان له مجموعة من الملاحظات على الأبحاث المنشورة عن الكهرباء والمغناطيسية نشرها فى عام 1892 م ، وكانت أعماله الأخيرة قد تخطت النتائج التى تم الوصول إليها لاحقاً على يد جيمس كليرك ماكسويل وعرفت أبحاثه بأنها الإصدار الثالث لأبحاث ماكسويل .

وقد تعاون طومسون مع البروفيسور بوينتنج (J. H. Poynting  ) فى إصدار كتاب من أربعة مجلدات عن الفيزياء تحت عنوان ( خواص المواد ) ، وفى عام 1895 م ، أنتج أجزاء من نظرية رياضية عن الكهرباء والمغناطيسية ، ظهرت الطبعة الخامسة منها في عام 1921.

قام طومسون بزيارة علمية للولايات المتحدة الأمريكية فى عام 1896 لتقديم دورة علمية من أربع محاضرات فى جامعة برينستون ،  لخص فيها أبحاثه التى يقوم بها وقتها ، نشرت فى عام 1897 تحت عنوان ( تفريغ الكهرباء عبر الغاز  Discharge of Electricity through Gases ) ، وعند عودته من أمريكا ، قام بإنجاز أهم عمل فى حياته ، وهو دراسة فريدة عن أشعة الكاثود أو المهبط ، توجت بإكتشافه للإلكترون ، والذى أعلن عنه فى محاضرة ليلية فى المعهد الملكى ، ألقاها يوم الجمعة 30 أبريل 1897 م ، وقد نشر كتابه ( توصيل الكهرباء عبر الغازات Conduction of Electricity through Gases )  عام 1903 م ، والذى وصفه ( اللورد رايلى ) على أنه استعراض لأعظم أيام طومسون فى مختبرات كافينديش ، وقد ظهرت طبعتين أخريين من الكتاب كتبها طومسون بالإشتراك مع ابنه جورج ظهرت فى عامى 1928 ، 1933 م .

عاد طومسون للولايات المتحدة فى عام 1904 لإلقاء ست محاضرات عن الكهربية وما يتعلق بها ، فى جامعة يل ، قدم من خلالها بعض الإقتراحات الهامة حول بنية وطبيعة الذرة ، واكتشف طريقة لفصل أنواع مختلفة من الذرات والجزيئات باستخدام أشعة إيجابية (positive rays  )  وقد طورت الفكرة بواسطة أستون وديمبستر وغيرهم من أجل إكتشاف العديد من النظائر المشعة ، وبالإضافة لما سبق فقد ألف مجموعة من الكتب منها :

• * طبيعة الضؤ (The Structure of Light )  1907
• * النظرية الكروية للمواد (The Corpuscular Theory of Matter ) 1907
• * أشعة الكهرباء الموجبة (Rays of Positive Electricity ) 1913
• * الإلكترون فى الكيمياء (The Electron in Chemistry ) 1923 .
• * سيرته الذاتية ذكريات وتأملات (Recollections and Reflections  ) 1936 م ، بالإضافة للعديد من المنشورات الأخرى .

منح طومسون وسام الإستحقاق ودرجة فارس فى عام 1908 م ، وقد انتخب زميلاً للجمعية الملكية فى عام 1884 ، وترأسها خلال الفترة من 1916 الى 1920 م ، كما حصل على الوسام الملكى ووسام هوجوز الملكي الذى تقدمه جمعية لندن الملكية للفيزيائيين ، فى عام 1894 ، ومرة أخرى فى عام 1902 م ، ووسام كوبلى ( أحد جوائز الجمعية الملكية المرموقه ) فى عام 1914 م ، ووسام هودكينز من معهد سميثونيان بواشنطون عام 1902 ، ووسام فرانكلين وسكوت من فيلادليفيا عام 1923 ، ووسام ماسكار من باريس عام 1927 ، ووسام دالتون من مانشستر عام 1931 ، ووسام فارادى من معهد الهندسة المدنية فى عام 1938 م ، كما ترأس الجمعية البريطانية فى عام 1909 م ، كما تحصل على درجات الدكتوراه الفخرية من جامعات أكسفورد ، دبلن ، لندن ، فيكتوريا ، كولومبيا ، كامبريدج ، دورهام ، بيرمنجهام ، جوتنجن ، ليدز ، أوسلو ، أثينا ، كراكاو ، وفيلادليفيا .

تزوج طومسون فى عام 1890 من روزا إليزابيث ، وأنجبا ولداً وبنتاً ، الإبن أصبح السير ( جورج باجت طومسون ) الأستاذ الفخرى للفيزياء بجامعة لندن ، والحاصل على جائزة نوبل فى الفيزياء أيضاً عام 1937 م .

ترك طومسون  العمل في معمل كافنديش قرب نهاية الحرب العالمية الأولى وترأس كلية ترينيتي في كامبريدج، وظل هناك حتى توفي 1940  م عن عمر يناهز الرابعة والثمانين .

* نبذة عن إكتشاف الإلكترون :

قام الفيزيائي الألماني يوهان فيلهلم هتورف بدراسة التوصيل الكهربائي على الغازات المتخلخلة. فاكتشف سنة 1869 وهج منبعث من مهبط يزداد بالحجم عند تقليل ضغط الغاز. وفي سنة 1876 أظهر الفيزيائي الألماني يوجين غولدشتاين أن أشعة هذا الوهج له ظل، فأطلق عليه اسم لهم أشعة الكاثود ، وفي السبعينات من نفس القرن طور الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي السير وليام كروكس أول أنبوب أشعة الكاثود مفرغة بالداخل ، ثم أظهر بعد ذلك بأن أشعة التلألؤ التي تظهر داخل أنبوب تحمل طاقة وتنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب. بالإضافة إلى أنه كان قادرا على تحريك الأشعة عند تطبيق مجال مغناطيسي عليها، مما يدل على أن الشعاع تصرف كما لو كان سالب الشحنة ، فاقترح سنة 1879 أنه بالإمكان تفسير تلك الخصائص من خلال مااسماه مادة مشعة. وألمح إلى أن قد تكون هذه الحالة الرابعة للمادة التي تتكون من جزيئات سالبة الشحنة تنطلق بسرعة عالية من الكاثود .

وسع الفيزيائي البريطاني - ألماني المولد- آرثر شوستر من تجارب كروكس وذلك بوضع صفيحة معدنية متوازية مع أشعة الكاثود وطبق الكمون الكهربائي بين الصفيحتين. فصرف المجال تلك الأشعة باتجاه الصفيحة موجبة الشحنة، مما أعطى أدلة جديدة على أن تلك الأشعة تحمل شحنة سالبة. وتمكن شوستر في سنة 1890 من تقدير نسبة الشحنة للكتلة لمكونات الأشعة عن طريق قياس مقدار انحراف عن المستوى المحدد للتيار. لكن أنتاج تلك القيمة التي كانت أكثر من ألف مرة من المتوقع، هو إعطاء بعض المصداقية لتلك الحسابات في ذاك الوقت .

في عام 1896 أجرى الفيزيائي البريطاني جوزيف طومسون مع مساعديه تاونسند وويلسون ، تجارب أشارت إلى أن أشعاعات الكاثود هي جسيمات فريدة من نوعها بدلا من أن تكون موجات أو ذرات أو حتى جزيئات كما كان الاعتقاد سابقا ، وقد أعطى طومسون قيمة جيدة لكل من الشحنة e والكتلة m، موجدا جسيمات لأشعة الكاثود واسماها "الكريات" (بالإنجليزية: corpuscles)، ولها كتلة قد تكون واحد من الألف من كتلة أقل الأيونات المعروفة: الهيدروجين ، وأظهر أن نسبة الشحنة للكتلة e/m مستقلة عن مادة الكاثود. وأظهر أيضا أن إنتاج جسيمات سالبة الشحنة من مواد مشعة بواسطة التسخين ومن مواد مضيئة هو شيء كوني ،  وقد أعاد الفيزيائي الأيرلندي جورج فيتزجيرالد الاقتراح بتسمية تلك الجسيمات باسم إلكترون، وقد لقي هذا الاسم قبولا علميا دوليا منذ ذلك الوقت .

اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل أثناء دراسة الومضان الطبيعي للمعادن سنة 1896 أنها تصدر إشعاع دون التعرض لمصدر طاقة خارجي. فأصبحت تلك المواد المشعة موضع اهتمام كبير للعلماء خصوصا الفيزيائي النيوزلندي إرنست رذرفورد الذي اكتشف أنها تصدر جسيمات. وأطلق عليها جسيمات ألفا وبيتا على أساس قدرتها على اختراق المادة ،  وفي سنة 1900 أظهر بيكريل أن بإمكان أشعة بيتا المنبعثة من الراديوم أن تنحرف في وجود مجال كهربائي وأن نسبة الكتلة للشحنة هي نفسها كما في أشعة الكاثود ، فعززت هذا الدليل الرأي القائل بأن الالكترونات توجد كعناصر في الذرات .

قام الفيزيائي الأمريكي روبرت ميليكان بعناية ودقة أكثر في قياس شحنة الإلكترون في تجربة قطرة الزيت سنة 1909 ثم نشر النتائج سنة 1911. واستخدمت تلك التجربة المجال الكهربائي لمنع قطرات الزيت المشحونة من السقوط بسبب الجاذبية. وامكن لهذا الجهاز قياس الشحنة الكهربائية حتى 1-150 أيون مع هامش خطأ اقل من 0.3٪. وقد أجرى فريق طومسون تجارب مماثلة قبل ذلك ، باستخدام سحب من قطرات الماء المشحونة انتجها التحليل الكهربائي. وقد حصل ابرام يوفي منفصلا على نفس نتائج ميليكان وذلك باستخدام جسيمات مجهرية من المعادن، وكان ذلك سنة 1911 ولكن نشر النتائج سنة 1913 م ، مع ذلك فإن قطرات الزيت أكثر ثباتا من قطرات الماء بسبب ضعف معدل التبخير لديه، وبالتالي فالتجارب الدقيقة بدأت أكثر ملاءمة خلال فترات زمنية أطول .

وجد عند بداية القرن العشرين وفي ظروف معينة جسيمات مشحونة سريعة الحركة تسبب بتكثيف بخار ماء مفرط بالتشبع خلال مساره. ففي سنة 1911 استخدم تشارلز ويلسون هذا المبدأ لاستنباط غرفة غيوم مما سمح بتصوير مسارات الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات سريعة الحركة .