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在19世纪末期，对真空管中灯丝通过电流发电时产生辐射的本质有很长时间的争论。这种被称为阴极射线的东西可能就是一种辐射的形式，它产生于以太的振荡，但不同于光及刚刚发现的电磁波，这也许是一种小的粒子流。多数德国科学家拥护以太波的说法；而多数英国和法国科学家认为阴极射线是一种粒子流。1895年威尔·康拉德·伦琴偶然发现了X射线（1901年伦琴因此获首次的诺贝尔奖），这使情况变得复杂起来，一时转移了不少的注意力。虽然这个发现非常重要，但它来得太快了，还没有原子物理的理论框架来解释X射线到底是什么。随着我们叙述的进展，在适当的地方，我们还会遇到它。
卡文迪什实验室是19世纪70年代麦克斯韦建立在剑桥大学的科学研究中心，麦克斯韦是卡文迪什实验室的第一个物理教授，J·J·汤姆逊就在这个实验室工作。汤姆逊设计了一个巧妙的实验，这个实验是依据运动着的带电粒子的电磁平衡特性而设计的
。这种粒子的运动路径既可以用电场也可以用磁场使之弯曲，汤姆逊所设计的装置使这两种效应相互抵消，使得阴极射线从带负电的金属板（阴极）发出后沿直线运动打在探测屏上。这种技巧只能用在带电粒子上；因此汤姆逊宣称阴极射线实际上是带负电的粒子（现在称作电子）
。他可以通过电力和磁力的平衡计算出电子电荷与电子质量之比（e/m）。无论什么金属作阴极，结果总是一样，他于是得出结论：电子是原子的一部分，虽然不同元素由不同的原子组成，但所有原子包含的电子总是一样的。
这可不像X射线，是偶然的发现；这是通过仔细的设计和精巧的实验得到的。麦克斯韦创立了卡文迪什实验室，可是，只是在J·J·汤姆逊的带领之下，卡文迪什才成为领先的物理实验中心的（也许是世界上最先进的实验室）。这种发现导致了20世纪对物理的新理解。除他自己获奖外，在1914年之前，在卡文迪什实验室他手下的7个科学家也都获得了诺贝尔奖。至今卡文迪什实验室~仍是世界物理的中心。