汤姆孙的原子
19世纪末，随着真空技术的发展，一种叫“阴极射线管”的装置风行欧洲。
这是一根两端封有电极的玻璃管，如果将管子内的空气逐渐抽去，将高压电加到两块电极上去，就会有一束光线从阴极射出，在两个电极之间跳动。当管内的空气越来越少时，光线渐渐看不见了，而在阳极那头的玻璃管壁上却出现了绿色的荧光，煞是好看。这种从阴极射出来的光束被称为“阴极射线”。其实，这种阴极射线管就是今天电视机上显象管的前身。由于阴极射线管发出的绿光在黑暗中会给人一种神秘的感觉，所以当时的有钱人家争相把它们挂在客厅里，供客人们观赏。
科学家们对这新玩艺儿也感兴趣。不过，他们不是为了好玩，而是想弄清楚从阴极发射出来的光束究竟是什么？大多数科学家认为，阴极射线不过是一种特殊的光线，因为在抽成真空的玻璃管里空气已经不存在了，除了光线还会有什么东西横贯其中呢？
有两位英国物理学家不同意这种意见，他们认为阴极射线不是光线，而是一种带电的“原子”。这两位物理学家名叫克鲁克斯和汤姆孙。
1879年，英国皇家学会会员克鲁克斯做了一个实验。他把一块很大的马蹄形磁铁骑放在阴极射线管中部，结果阴极射线被偏转到一边去了，而原先它们是笔直地射向阳极正中的。克鲁克斯由此得出结论，阴极射线是一种带电的“原子”，否则它们怎么会受到磁场的影响而偏转呢？因为光线在磁场中通过时是丝毫不会受到影响的。
1896年，剑桥大学著名的卡文迪许实验室年轻有为的主任汤姆孙用一只特制的阴极射线管进行了一项实验。他在管子的中间添了一对金属电极，以便加上一个适当的正电压，同时在阳极那边的管壁上贴了一张纸做的标尺。当汤姆孙把阴极射线管抽成真空，并接通电源后，从阴极发出的射线正好投在标尺的中心，并发出绿光。然后，他使中间的那对电极分别带上正、负电，这时，阴极射线被电场推向一旁，不能到达标尺的正中心。这样，汤姆孙的实验再次证实了克鲁克斯的观点：阴极射线不是光线，而是带电的“原子”流，因为光线通过电场时是不会发生偏折的。
那时，人们已经知道，带电原子在电场或磁场中运动时，原子所带电荷的量e越多，它们就被电场、磁场偏折得越厉害；原子的质量m越大，它们越不容易被偏折。原子被偏折的程度可以从绿色光点在标尺上的位置测量出来。汤姆孙利用这样的原理，测定了阴极射线“原子”所带电荷的量e与它的质量m的比值e/m。这个比值称为“荷质比”，即电荷对质量之比的简称。测量结果使汤姆孙大吃一惊，因为这种阴极射线“原子”的荷质比的数值竟是带电氢原子（现在称为氢离子，即一个质子）荷质比的1836倍！
那时知道，氢离子带一个正电荷，而阴极射线“原子”带一个负电荷，虽然所带电荷的符号相反，但它们所带的电量是相等的。既然两者的电量相等，那么根据荷质比的公式，阴极射线“原子”与氢离子荷质比相差1000多倍的原因只能归结为这两种“原子”的质量相差甚远。由此推算出阴极射线“原子”的质量应是氢原子的1/1836，这说明这种“原子”的质量很小很小。
汤姆孙的实验具有两方面的重大意义。
首先，他发现了一种比最轻的氢原子还要轻得多的微观粒子，这种粒子后来被称为“电子”。汤姆孙因发现电子而荣获1906年度的诺贝尔物理学奖。
其次，电子的发现揭开了原子世界神秘的面纱。从道尔顿以来，大家都以为原子就像一个小得不能再小的实心小球，里面再也没有什么新花样了。现在，汤姆孙发现的电子是从阴极放出来的，而这种阴极是由亿万个金属原子组成的，因此，可以推测这些电子就是从阴极材料的原子里放出来的。既然原子可以放出一些比它更轻更小的电子来，说明原子已不是物质的不可再分的最小单元，它具有一定的结构，是由电子及另一些物质组成的，而且这些物质带正电。因为电子是带负电的，而通常情况下的原子都是中性的，所以，只有这些物质带正电，才能去中和电子所带的负电。看来，汤姆孙揭示了一个崭新的原子世界。
汤姆孙根据自己的实验结果，同时借鉴了别的科学家的研究成果，给原子世界描绘了这样一幅图象：原子里充满了带正电的液体，电子都浸在这种“正电液”中，就像葡萄干点缀在一个蛋糕里。电子所带负电荷的总和与“正电液”所带正电荷的总和，在数值上相等，所以原子从外面看上去是中性的。于是，展现在人们面前的原子已不是一个虚无缥缈的世界，也不是一个简单的实心小球，而是有内部结构的东西了。
谁也不曾想到，汤姆孙提出的如此美妙的“葡萄干蛋糕原子模型”，会在10多年后被他的学生卢瑟福所推翻。