ปี 2022 เป็นวาระครบรอบ 125 ปีของการพบอนุภาคอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคมูลฐานตัวแรกที่มนุษย์รู้จัก โดย Joseph John Thomson และการพบอนุภาคนี้ได้ทำลายความเชื่อของผู้คนที่มีมานานกว่า 2,000 ปีว่า อะตอม คือ สิ่งที่เล็กที่สุดของสสาร เพราะ Thomson ได้พบว่าอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กยิ่งกว่าอะตอมลงไปอีก ดังนั้นอะตอมจึงไม่ใช่สิ่งที่เล็กที่สุดอีกต่อไป
ประวัติฟิสิกส์มักกล่าวถึงการพบอิเล็กตรอนว่า Thomson เป็นผู้พบขณะทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการ Cavendish แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ เมื่อปี 1897 แต่มิได้กล่าวถึงการวิจัยในอดีต ที่ชี้นำไปสู่การค้นพบนี้ว่า ในความเป็นจริง ได้เกิดขึ้นเป็นเวลานานแล้ว คือ ตั้งแต่ปี 1858 โดย Julius Plücker แห่งมหาวิทยาลัย Bonn ในประเทศเยอรมนี ซึ่งมีความต้องการจะเข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของกระแสไฟฟ้า
เพราะที่มหาวิทยาลัย Bonn มีช่างเทคนิคคนหนึ่งชื่อ Johann Geissler ซึ่งเป็นผู้มีความเชี่ยวชาญด้านการสร้างอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ Plücker จึงได้ขอให้ Geissler สร้างหลอดแก้วที่มีปลายปิดทั้งสองข้างที่มีความยาวประมาณ 27 เซนติเมตร และมีขั้วไฟฟ้าโลหะ (electrode) สองขั้วโผล่พ้นหลอด เพื่อให้สามารถใช้สายไฟต่อกับแบตเตอรี่ได้ แล้วให้ Geissler ใช้ปั๊มสูบอากาศออกจากหลอดจนเกือบหมด และ Plücker ก็ได้พบว่า เมื่อเขาปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอด อากาศที่เหลืออยู่เพียงเล็กน้อยภายในหลอดจะเริ่มเรืองแสงสีเขียวที่ขั้ว electrode ซึ่งเป็นขั้วลบ (cathode) เหตุการณ์นี้ได้ทำให้ Hittorf ผู้เป็นนิสิตผู้ช่วยของ Plücker อุทานออกมาว่า แสงเรืองนั้นเกิดจากรังสีที่ตามองไม่เห็น Plücker จึงบอกให้ Hittorf ศึกษาสมบัติทางกายภาพของรังสีที่ตนอ้างถึง และพบว่าเวลาไม่มีสนามไฟฟ้าใด ๆ มากระทำ รังสีจะเดินทางเป็นเส้นตรง แต่เวลามีสนามไฟฟ้า ทิศการเคลื่อนที่ของรังสีจะเปลี่ยน ซึ่งแสดงให้เห็นว่า รังสีมีประจุไฟฟ้า แม้ Hittorf จะเรียกรังสีนั้นว่า รังสีเรืองแสง (glow ray) แต่โลกปัจจุบันเรียกรังสีแคโทด (cathode ray) เพราะมีต้นกำเนิดมาจากเป็นขั้ว cathode
ในความพยายามจะอธิบายธรรมชาติของรังสีลึกลับ นักฟิสิกส์เยอรมันหลายคนเชื่อว่า รังสีแคโทดเป็นคลื่น แต่นักฟิสิกส์อังกฤษส่วนใหญ่กลับคิดว่า มันเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ
เพื่อตัดสินความถูกต้องของเรื่องนี้ Thomson จึงลงมือทดลองในปี 1897 โดยให้รังสีแคโทดผ่านไปในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า เพราะเวลามีสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมากระทำ อนุภาคที่ต้อง “สงสัย” นั้น ก็จะถูกแรงกระทำ ทำให้ทิศการเคลื่อนที่ของมันเปลี่ยนไป การวัดระยะทางและเวลาที่มันเคลื่อนที่ ทำให้ Thomson สามารถรู้อัตราส่วนระหว่างประจุ/มวลของมันได้ว่ามีค่าประมาณ 1,000 เท่าของอัตราส่วนระหว่างประจุ/มวลของไฮโดรเจนไอออน ในรายงานที่ Thomson นำเสนอต่อสมาคม Royal Society ในประเทศอังกฤษ เมื่อวันที่ 30 เมษายน ปี 1897 เขาได้ย้ำอย่างมั่นเหมาะว่า รังสีแคโทดเป็นอนุภาคชนิดใหม่ที่มีขนาดเล็กยิ่งกว่าอะตอม และเป็นอนุภาคที่มีอยู่ในทุกอะตอม รวมถึงเป็นองค์ประกอบของกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปในเส้นลวดด้วย
กระนั้นความคิดที่ว่า รังสีแคโทดเป็นอนุภาคก็ยังไม่เป็นที่ยอมรับกันในวงกว้าง แม้แต่ Wilhelm Conrad Röntgen ผู้พบรังสีเอกซ์เป็นคนแรกก็ยังมีความสงสัยว่า อนุภาคอิเล็กตรอนมีจริงหรือไม่ ทั้งนี้เพราะ Thomson รู้เพียงอัตราส่วนระหว่างประจุ (e) / มวล (m) แต่ไม่รู้ค่าของ e และ m แยกกัน ดังนั้น Robert Millikan นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันจึงได้พัฒนาเทคนิคการวัดค่าประจุของอิเล็กตรอน ตั้งแต่ปี 1909 จนได้พบว่าประจุมีค่า 1.60217733 x 10^(-19) คูลอมบ์ ด้วยค่านี้ นักฟิสิกส์จึงรู้ว่า m ซึ่งเป็นมวลของอิเล็กตรอนมีค่าประมาณ 9.1093897 x 10^(-31) กิโลกรัม
ผลการค้นพบนี้ ทำให้ Thomson ได้รับรางวัลโนเบลฟิสิกส์ประจำปี 1906 ปัญหาที่ตามมาในลำดับต่อไป คือ ถ้าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคจริง นักฟิสิกส์ก็จำเป็นต้องรู้ขนาดของมัน รวมถึงต้องรู้ความ “กลมอย่างสมบูรณ์แบบ” ของมันด้วย ซึ่งเป็นปัญหาที่ยากและมีความสำคัญมาก แต่เป็นองค์ความรู้ที่ไม่มีใครในเวลานั้นรู้คำตอบ แต่เมื่อถึงวันนี้ นักฟิสิกส์มีคำตอบบ้างบางส่วนแล้ว
กาลานุกรมของประวัติการศึกษาธรรมชาติของอิเล็กตรอนตั้งแต่ที่ได้พบมา เป็นดังต่อไปนี้ คือ
ปี 1899 Henri Becquerel ที่มหาวิทยาลัย Paris ในประเทศฝรั่งเศส ได้ร่วมกับ Marie และ Pierre Curie ศึกษาธรรมชาติของรังสีบีตาที่ธาตุกัมมันตรังสีเปล่งออกมา จนสามารถสรุปได้ว่า มันเป็นอนุภาคอิเล็กตรอน
ปี 1900 Paul Drude จากมหาวิทยาลัย Leipzig ในประเทศเยอรมนี ได้เสนอทฤษฎีอิเล็กตรอนในโลหะ และแสดงที่มาของสูตร Wiedemann-Franz ซึ่งแถลงว่า อัตราส่วนระหว่างสภาพนำความร้อนของอิเล็กตรอน (K) กับสภาพนำไฟฟ้าของโลหะ (σ) จะมีค่าที่เป็นปฏิภาคโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ (T) นั่นคือ K/σ= LeT เมื่อ Le คือ จำนวน Lorenz ที่มีค่าเท่ากับ 2.44 x 10^(-8) WΩK^(-2)
ปี 1902 Walter Kaufmann ที่มหาวิทยาลัย Göttingen ในประเทศเยอรมนี ได้ทดลองพบว่ามวลของอิเล็กตรอนมีค่าที่ขึ้นกับความเร็วในการเคลื่อนที่ของมัน ก่อนที่ Albert Einstein จะเสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเสียอีก
ปี 1904 Hendrik A. Lorentz จากมหาวิทยาลัย Leyden ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ได้เสนอทฤษฎีที่อธิบายปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในระบบที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่าความเร็วแสง
ปี 1905 Albert Einstein ที่มหาวิทยาลัย Bern ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และแสดงสูตรที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงาน (E) กับมวล (m) นั่นคือ E=mc^2 โดยที่ c คือ ความเร็วแสง
ปี 1908 Heinrich Bucherer จากมหาวิทยาลัย Königsberg ในประเทศเยอรมนี ได้แสดงให้เห็นว่า มวลของอนุภาคบีตา (อิเล็กตรอน) ขึ้นกับความเร็วซึ่งเป็นไปตามสูตรมวลในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein ทุกประการ
ปี 1911 Ernest Rutherford จากมหาวิทยาลัย Manchester ในประเทศอังกฤษ ได้เสนอแบบจำลองอะตอม ซึ่งมีอิเล็กตรอนโคจรเป็นวงกลมรอบนิวเคลียส ในลักษณะเดียวกันกับที่ดาวเคราะห์ต่าง ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์
ปี 1913 Niels Bohr จากมหาวิทยาลัย Copenhagen ในประเทศเดนมาร์ก ได้เสนอแบบจำลองของอะตอมไฮโดรเจน โดยการนำแบบจำลองอะตอมของ Rutherford มาใช้ แล้วนำเงื่อนไขควอนตัมที่ John Nicholson ได้เคยเสนอไว้เกี่ยวกับโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนมารวมกับสูตรพลังงานแสงของ Max Planck เพื่ออธิบายที่มาของบรรดาเส้นสเปกตรัมที่อะตอมไฮโดรเจนเปล่งออกมา และในเวลาต่อมา Bohr ก็ได้ใช้แบบจำลองนี้อธิบายที่มาของเส้นสเปกตรัมต่าง ๆ ที่ฮีเลียมไอออน ซึ่งเป็นอะตอมที่มีอิเล็กตรอนเพียงอนุภาคเดียวเคลื่อนที่อยู่ในวงโคจรวงนอกสุดของไอออน
ปี 1914 Henry G. J. Moseley จากมหาวิทยาลัย Oxford ในประเทศอังกฤษ สามารถอธิบายที่มาของเส้นสเปกตรัมรังสีเอกซ์ที่ธาตุต่าง ๆ เปล่งออกมา โดยใช้แบบจำลองอะตอมไฮโดรเจนของ Bohr เป็นหลัก ด้าน James Franck และ Gustav Hertz จากมหาวิทยาลัย Berlin ในประเทศเยอรมนี ได้ทดลองยิงอิเล็กตรอนเข้าไปในไอปรอท และพบว่าอิเล็กตรอนในอะตอมปรอทมีพลังงานเป็นระดับชั้น ๆ คือเป็นช่วง ๆ ในทำนองเดียวกับอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนของ Bohr ทุกประการ
ปี 1915 Arnold Sommerfeld จากมหาวิทยาลัย Munich ในประเทศเยอรมนี ได้ขยายขอบเขตการใช้ได้ของแบบจำลองอะตอมของ Bohr ให้ครอบคลุมกรณีที่อิเล็กตรอนในอะตอมมีความเร็วสูงมากจนใกล้เคียงความเร็วแสง ทำให้สามารถอธิบายที่มาของเส้นสเปกตรัมต่าง ๆ ที่ปรากฏอยู่ใกล้เส้นสเปกตรัมหลักได้ ซึ่งเส้นสเปกตรัมละเอียดเหล่านี้ เป็นที่รู้จักในนาม fine structure
ด้าน Einstein กับ Wander Johannes de Haas จากมหาวิทยาลัย Berlin ในประเทศเยอรมนี ก็พบปรากฏการณ์ Einstein–de Haas ซึ่งแสดงให้เห็นว่า เวลาโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมทั้งหมดในวัตถุที่ถูกแขวนอย่างอิสระ มีการเปลี่ยนแปลง วัตถุนั้นจะหมุน
ปี 1916 Walther Kossel จากมหาวิทยาลัย Munich ในประเทศเยอรมนี ได้อธิบายความรุนแรงของพันธะเคมีระหว่างอะตอม โดยใช้ทฤษฎีอะตอมของ Bohr และ Sommerfeld เป็นพื้นฐานและพบว่า พันธะเคมีเกิดจากการที่อะตอมทั้งสองใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน
ปี 1919 Arnold Sommerfeld , Alfred Landé และ Werner Heisenberg ที่มหาวิทยาลัย Munich ในประเทศเยอรมนี ได้เสนอทฤษฎีสเปกตรัมของอะตอมนีออน โดยพิจารณาอันตรกิริยาแม่เหล็กที่เกิดจากโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนกับสปิน (spin) ของอิเล็กตรอน (ซึ่งเป็นสมบัติควอนตัมที่พบโดย Otto Stern กับ Walther Gerlach แห่งมหาวิทยาลัย Frankfurt) จากการทดลองผ่านลำอะตอม (atomic beam) ของเงินไปในสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มไม่สม่ำเสมอ และได้พบว่าลำอะตอมหนึ่งลำได้แยกออกเป็นสองลำ แทนที่จะกระจายตัวแยกออกจากกันอย่างสม่ำเสมอ การค้นพบสปิน (spin) ทำให้เรารู้ว่า อิเล็กตรอนมี spin ที่ชี้ได้ 2 ทิศทาง
ปี 1922 Arthur H. Compton จากมหาวิทยาลัย St. Louis ในสหรัฐอเมริกา ได้พบว่า เวลาทดลองฉายรังสีเอกซ์ไปกระทบอิเล็กตรอนอิสระ ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์จะเพิ่มขึ้น ซึ่งปรากฏการณ์นี้ Compton สามารถอธิบายได้ โดยใช้สมมติฐานว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของรังสีเอกซ์มีสมบัติเป็นอนุภาค
ปี 1923 Louis de Broglie แห่งมหาวิทยาลัย Paris ในประเทศฝรั่งเศส ได้เสนอทฤษฎีคลื่นของอนุภาค ที่แถลงว่าอนุภาคที่มีขนาดเล็กระดับอะตอมทุกชนิดจะสามารถแสดงสมบัติของคลื่นได้
ปี 1925 George Uhlenbeck และ Samuel Goudsmit จากมหาวิทยาลัย Leyden ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ได้นำเสนอทฤษฎีควอนตัมของ spin
ด้าน Werner Heisenberg , Max Born และ Pascual Jordan จากมหาวิทยาลัย Göttingen ในประเทศเยอรมนี ก็ได้เสนอทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจนที่ปรากฏอยู่ในรูปของคณิตศาสตร์แบบ matrix
ปี 1926 Erwin Schrödinger จากมหาวิทยาลัย Zurich ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ได้นำเสนอทฤษฎีกลศาสตร์คลื่นของอะตอมไฮโดรเจน โดยใช้สมบัติคลื่นของอนุภาคตามที่ de Broglie พบ เป็นสมบัติพื้นฐาน และในทฤษฎีนี้ Heisenberg ได้นำแนวคิดเรื่อง อันตรกิริยาแลกเปลี่ยน (exchange interaction) มาใช้มาอธิบายสถานะต่าง ๆ ของระบบที่มีอิเล็กตรอนสองอนุภาค เช่น ในอะตอมฮีเลียมด้วย
ด้าน Max Born ก็ได้เสนอทฤษฎีการกระเจิงของอนุภาคอิเล็กตรอน โดยสนามไฟฟ้าของนิวเคลียสในอะตอม และได้แปลความหมายของฟังก์ชันคลื่นที่ใช้ในกลศาสตร์คลื่นว่า เป็นค่าที่มีความสัมพันธ์กับโอกาสการพบอิเล็กตรอน ณ เวลาและตำแหน่งต่าง ๆ รอบอะตอม ในเวลาไล่เลี่ยกัน Enrico Fermi จากมหาวิทยาลัย Rome ในประเทศอิตาลี กับ Paul Dirac จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ก็ได้พบสูตรที่ใช้แสดงสถิติแบบควอนตัมของอนุภาคทุกชนิดที่มี spin = 1/2 ด้าน Wolfgang Pauli จากมหาวิทยาลัย Hamburg ในประเทศเยอรมนี กับ Ralph Fowler จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ได้ใช้สถิติแบบควอนตัมของ Fermi-Dirac อธิบายปรากฏการณ์ paramagnetism ในโลหะ
ปี 1927 Werner Heisenberg จากมหาวิทยาลัย Copenhagen ในประเทศเดนมาร์กได้พบ หลักความไม่แน่นอนของอนุภาคควอนตัมทุกชนิด ซึ่งแถลงว่าเราไม่สามารถจะรู้ตำแหน่งและโมเมนตัมของอิเล็กตรอนให้ถูกต้องแม่นยำได้ในเวลาเดียวกัน จากนั้นอีกไม่นาน Clinton J. Davisson กับ Lester H. Germer จากมหาวิทยาลัย New York ในประเทศสหรัฐอเมริกา และ George P. Thomson กับ Alexander Reid จากมหาวิทยาลัย London ในประเทศอังกฤษ ก็ได้สาธิตการทดลองที่แสดงสมบัติคลื่นของอิเล็กตรอน ด้วยการให้มันแสดงปรากฏการณ์เลี้ยวเบนโดยผลึก ส่วน Friedrich Hund จากมหาวิทยาลัย Göttingen ในประเทศเยอรมนี ได้อธิบายปรากฏการณ์ทะลุทะลวงของอิเล็กตรอนผ่านกำแพงศักย์ในโมเลกุล โดยใช้ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม
ปี 1927-8 Walter Heitler กับ Fritz London จากมหาวิทยาลัย Zurich ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ได้เสนอทฤษฎีควอนตัมของอันตรกิริยายึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล ว่าเป็นอันตรกิริยาแลกเปลี่ยน (exchange interaction) ซึ่งนับเป็นพื้นฐานของพันธะเคมี ด้าน Arnold Sommerfeld จากมหาวิทยาลัย Munich ในประเทศเยอรมนีได้นำสถิติแบบ Fermi-Dirac และใช้กลศาสตร์ควอนตัมมาอธิบายสมบัติของอิเล็กตรอนที่มีในโลหะจนสามารถทำให้เข้าใจที่มาของสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ในโลหะได้
ปี 1928 Paul Dirac จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ได้นำทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein มาใช้ในอะตอมไฮโดรเจนเป็นครั้งแรก จึงทำให้สามารถอธิบายที่มาของสมบัติควอนตัมเรื่อง spin ของอิเล็กตรอนได้ ด้าน Chandrasekhara Venkata Raman แห่งมหาวิทยาลัย Calcutta ในประเทศอินเดียได้พบปรากฏการณ์ Raman ที่จะเกิดเวลาแสงเคลื่อนที่ผ่านไปในตัวกลาง แล้วทำให้ความยาวคลื่นของแสงเปลี่ยน เพราะแสงนั้นถูกกระเจิงโดยโมเลกุลของตัวกลาง ด้าน Charles Galton Darwin (ซึ่งเป็นหลานของ Charles Darwin) จากมหาวิทยาลัย Edinburgh ก็สามารถอธิบายสเปกตรัมละเอียด (hyperfine spectrum) ของ sodium ว่าเกิดจากอันตรกิริยาระหว่างนิวเคลียสที่มีโมเมนต์แม่เหล็กกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการโคจรของอิเล็กตรอนไปรอบ ๆ นิวเคลียส ด้าน Werner Heisenberg ก็สามารถอธิบายสมบัติแม่เหล็กของเหล็ก โคบอลต์ และแร่หายากต่าง ๆ ได้ว่าเกิดจากอันตรกิริยาแบบแลกเปลี่ยนระหว่างโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอม
ปี 1929 Nevill F. Mott จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ได้ใช้กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายธรรมชาติของระบบที่แสดงสมบัติแม่เหล็ก และเป็นระบบที่ไร้ระเบียบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คือ สามารถอธิบายสมบัติของสารกึ่งตัวนำที่เป็นอสัณฐานได้
ปี 1930 Felix Bloch จากมหาวิทยาลัย Leipzig ในประเทศเยอรมนีกับ Léon Brillouin จากมหาวิทยาลัย Paris และ Rudolf Peierls จากมหาวิทยาลัย Zurich ได้พัฒนาทฤษฎีแถบพลังงานของอิเล็กตรอนในโลหะ ฉนวน และสารกึ่งตัวนำ
ปี 1931 Subrahmanyan Chandrasekhar จากมหาวิทยาลัย Madras ในประเทศอินเดียได้นำทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมาใช้กับอิเล็กตรอน เพื่ออธิบายโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ และพบขอบเขตของการที่ดาวแคระขาว สามารถมีมวลได้มากที่สุด จากนั้นก็ใช้องค์ความรู้นี้อธิบายการยุบตัวของดาวฤกษ์ เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีในตัวมันหมดสิ้น และการยุบตัวที่เหลือ เกิดขึ้นโดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ด้าน P.M. Dirac ก็ได้ทำนายว่า เอกภพยังมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอน คือ มีมวลเท่าอิเล็กตรอนทุกประการ แต่มีประจุบวก อนุภาคนั้น คือ positron
ปี 1932 James Chadwick แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ พบอนุภาค neutron ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง แต่มีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อย และเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของนิวเคลียส นอกเหนือจากโปรตอน
ปี 1933 Carl Anderson จาก California Institute of Technology ในประเทศสหรัฐอเมริกา พบอนุภาค positron ด้าน Patrick M.S. Blackett กับ G.P.S. Occhialini จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ก็ได้พบทั้ง electron และ positron ในรังสีคอสมิก
ด้าน Enrico Fermi ที่มหาวิทยาลัย Rome ในประเทศอิตาลี ได้เสนอทฤษฎีการสลายตัวของอนุภาคนิวตรอนเป็นโปรตอนแล้วปล่อยรังสีบีตา ออกมาพร้อมอนุภาค antineutrino ซึ่งได้ทำให้กฎทรงพลังงาน และกฎทรงโมเมนตัมยังคงใช้ได้อีกต่อไปในระบบอะตอม และทฤษฎีนี้ได้ทำให้โลกรู้จักอันตรกิริยาแบบอ่อน (weak interaction) ซึ่งเป็นอันตรกิริยารูปแบบที่สาม นอกเหนือจากแบบโน้มถ่วงและแบบไฟฟ้า
ปี 1934 Frédéric Joliot และ Irène Curie จากมหาวิทยาลัย Paris ในประเทศฝรั่งเศส ประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุกัมมันตรังสีประดิษฐ์ที่ในบางกรณีจะปลดปล่อยอนุภาค positron ออกมา ด้วยการยิงอนุภาคแอลฟาไปที่นิวเคลียสของ boron , magnesium และ aluminum ทำให้เกิดไอโซโทปกัมมันตรังสี ซึ่งมีคุณประโยชน์มากในทางการเกษตรและการแพทย์ ด้าน Hideki Yukawa จากมหาวิทยาลัย Osaka ในประเทศญี่ปุ่น ได้เสนอทฤษฎีอันตรกิริยานิวเคลียร์แบบรุนแรง (strong interaction) ระหว่างอนุภาคที่มีมวลหนัก เช่น proton และ neutron ว่าเกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีมวลปานกลาง เช่น meson
ปี 1936 Carl D. Anderson จาก Caltech ในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พบอนุภาค muon ที่มีประจุลบ และมีสปินเหมือน electron ทุกประการแต่มีมวลมากกว่าประมาณ 207 เท่า และไม่เสถียร ในกรณีของ muon ชนิดที่มีประจุลบ จะสลายตัวให้อิเล็กตรอน, antielectron neutrino และ muon neutrino สำหรับ muon ที่มีประจุบวกก็จะสลายให้ positron electron neutrino และ antimuon neutrino ซึ่งมีประโยชน์ในการใช้ศึกษาปรากฏการณ์แม่เหล็กในสสาร, สภาพนำยวดยิ่ง ปฏิกิริยาเคมี และปรากฏการณ์ขนส่งประจุในสสาร รวมถึงใช้ในการศึกษาพลศาสตร์โมเลกุลด้วย
ติดตามตอนต่อไปในวันศุกร์หน้าครับ
ปี 1928 Paul Dirac จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ได้นำทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein มาใช้ในอะตอมไฮโดรเจนเป็นครั้งแรก จึงทำให้สามารถอธิบายที่มาของสมบัติควอนตัมเรื่อง spin ของอิเล็กตรอนได้ ด้าน Chandrasekhara Venkata Raman แห่งมหาวิทยาลัย Calcutta ในประเทศอินเดียได้พบปรากฏการณ์ Raman ที่จะเกิดเวลาแสงเคลื่อนที่ผ่านไปในตัวกลาง แล้วทำให้ความยาวคลื่นของแสงเปลี่ยน เพราะแสงนั้นถูกกระเจิงโดยโมเลกุลของตัวกลาง ด้าน Charles Galton Darwin (ซึ่งเป็นหลานของ Charles Darwin) จากมหาวิทยาลัย Edinburgh ก็สามารถอธิบายสเปกตรัมละเอียด (hyperfine spectrum) ของ sodium ว่าเกิดจากอันตรกิริยาระหว่างนิวเคลียสที่มีโมเมนต์แม่เหล็กกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการโคจรของอิเล็กตรอนไปรอบ ๆ นิวเคลียส ด้าน Werner Heisenberg ก็สามารถอธิบายสมบัติแม่เหล็กของเหล็ก โคบอลต์ และแร่หายากต่าง ๆ ได้ว่าเกิดจากอันตรกิริยาแบบแลกเปลี่ยนระหว่างโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอม
ปี 1929 Nevill F. Mott จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ได้ใช้กลศาสตร์ควอนตัมอธิบายธรรมชาติของระบบที่แสดงสมบัติแม่เหล็ก และเป็นระบบที่ไร้ระเบียบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คือ สามารถอธิบายสมบัติของสารกึ่งตัวนำที่เป็นอสัณฐานได้
ปี 1930 Felix Bloch จากมหาวิทยาลัย Leipzig ในประเทศเยอรมนีกับ Léon Brillouin จากมหาวิทยาลัย Paris และ Rudolf Peierls จากมหาวิทยาลัย Zurich ได้พัฒนาทฤษฎีแถบพลังงานของอิเล็กตรอนในโลหะ ฉนวน และสารกึ่งตัวนำ
ปี 1931 Subrahmanyan Chandrasekhar จากมหาวิทยาลัย Madras ในประเทศอินเดียได้นำทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมาใช้กับอิเล็กตรอน เพื่ออธิบายโครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ และพบขอบเขตของการที่ดาวแคระขาว สามารถมีมวลได้มากที่สุด จากนั้นก็ใช้องค์ความรู้นี้อธิบายการยุบตัวของดาวฤกษ์ เมื่อเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่มีในตัวมันหมดสิ้น และการยุบตัวที่เหลือ เกิดขึ้นโดยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ด้าน P.M. Dirac ก็ได้ทำนายว่า เอกภพยังมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นปฏิยานุภาคของอิเล็กตรอน คือ มีมวลเท่าอิเล็กตรอนทุกประการ แต่มีประจุบวก อนุภาคนั้น คือ positron
ปี 1932 James Chadwick แห่งมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ พบอนุภาค neutron ที่มีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง แต่มีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อย และเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของนิวเคลียส นอกเหนือจากโปรตอน
ปี 1933 Carl Anderson จาก California Institute of Technology ในประเทศสหรัฐอเมริกา พบอนุภาค positron ด้าน Patrick M.S. Blackett กับ G.P.S. Occhialini จากมหาวิทยาลัย Cambridge ในประเทศอังกฤษ ก็ได้พบทั้ง electron และ positron ในรังสีคอสมิก
ด้าน Enrico Fermi ที่มหาวิทยาลัย Rome ในประเทศอิตาลี ได้เสนอทฤษฎีการสลายตัวของอนุภาคนิวตรอนเป็นโปรตอนแล้วปล่อยรังสีบีตา ออกมาพร้อมอนุภาค antineutrino ซึ่งได้ทำให้กฎทรงพลังงาน และกฎทรงโมเมนตัมยังคงใช้ได้อีกต่อไปในระบบอะตอม และทฤษฎีนี้ได้ทำให้โลกรู้จักอันตรกิริยาแบบอ่อน (weak interaction) ซึ่งเป็นอันตรกิริยารูปแบบที่สาม นอกเหนือจากแบบโน้มถ่วงและแบบไฟฟ้า
ปี 1934 Frédéric Joliot และ Irène Curie จากมหาวิทยาลัย Paris ในประเทศฝรั่งเศส ประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุกัมมันตรังสีประดิษฐ์ที่ในบางกรณีจะปลดปล่อยอนุภาค positron ออกมา ด้วยการยิงอนุภาคแอลฟาไปที่นิวเคลียสของ boron , magnesium และ aluminum ทำให้เกิดไอโซโทปกัมมันตรังสี ซึ่งมีคุณประโยชน์มากในทางการเกษตรและการแพทย์ ด้าน Hideki Yukawa จากมหาวิทยาลัย Osaka ในประเทศญี่ปุ่น ได้เสนอทฤษฎีอันตรกิริยานิวเคลียร์แบบรุนแรง (strong interaction) ระหว่างอนุภาคที่มีมวลหนัก เช่น proton และ neutron ว่าเกิดจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีมวลปานกลาง เช่น meson
ปี 1936 Carl D. Anderson จาก Caltech ในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พบอนุภาค muon ที่มีประจุลบ และมีสปินเหมือน electron ทุกประการแต่มีมวลมากกว่าประมาณ 207 เท่า และไม่เสถียร ในกรณีของ muon ชนิดที่มีประจุลบ จะสลายตัวให้อิเล็กตรอน, antielectron neutrino และ muon neutrino สำหรับ muon ที่มีประจุบวกก็จะสลายให้ positron electron neutrino และ antimuon neutrino ซึ่งมีประโยชน์ในการใช้ศึกษาปรากฏการณ์แม่เหล็กในสสาร, สภาพนำยวดยิ่ง ปฏิกิริยาเคมี และปรากฏการณ์ขนส่งประจุในสสาร รวมถึงใช้ในการศึกษาพลศาสตร์โมเลกุลด้วย
ติดตามตอนต่อไปในวันศุกร์หน้าครับ
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
