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1897年，英国剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·约翰·汤姆森重做了赫兹的实验。使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出负极射线的偏转，并计算出负级射线粒子（电子）的质量-电荷比例，因此获得了1906年的诺贝尔物理学奖。汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。至此，电子作为人类发现的个亚原子粒子和打开原子世界的大门被汤姆逊发现了。

英国剑桥大学研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了一项研究。公报称，电子通常被认为不可分。剑桥大学研究人员将极细的“金属丝”置于一块金属平板上方，控制其间距离为约30个原子宽度，并将它们置于近乎零度的超低温环境下，然后改变外加磁场，发现金属板上的电子在通过隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和穴子。

他又将这些球形壳分为几个部分，每一个部分都含有一对电子。使用这模型，他能够解释周期表内每一个元素的周期性化学性质。于1924年，奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利用一组参数来解释原子的壳层结构。这一组的四个参数，决定了电子的态。每一个态只能容许一个电子占有。