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英國物理學家。J.J.湯姆孫之子。1892年5月3日生於劍橋。他在父親的教育和劍橋環境的薰陶下成長。1914年在劍橋大學三一學院畢業並取得學位。第一次世界大戰期間，他應召在皇家空軍服役，1919年退役後到卡文迪什實驗室工作。他受到E.G.戴蒙德的電子被氦原子散射實驗的啟發，研究電子被原子散射問題。1922年任亞伯丁大學自然哲學教授後，試圖將T.楊的光干涉實驗與他的電子散射實驗結合，先後發現了快速電子被賽璐珞和幾種金屬箔單晶衍射的現象。他從其衍射環直徑計算波長，發現電子的動量與波長間的關係與L.V.德布羅意物質波理論預言的=/一致,驗證了物質波理論。在此發現前兩個月，美國物理學家C.J.戴維孫和L.H.革末用鎳晶體散射慢速電子，發現其散射的特定方向最強電子束，與晶體散射 X射線波束之間存在著單值對應關係，證實了電子的波動性。他和戴維孫為此共同獲得1937年諾貝爾物理學獎。這個發現使湯姆孫利用電子衍射儀，發現許多固體和液體的原子排列及其分子結構，對研究材料的應力分布和電阻，有重要作用。
湯姆孫於1930年當選為英國皇家學會會員，1930～1952年任倫敦大學帝國科學技術學院物理教授。1939年他從《自然》雜誌讀到F.約里奧－居里等人的鈾核鏈式反應論文後，立刻向空軍部建議開展此項研究，促使英國政府組織科研人員，在他和J.查德威克領導下研究核裂變。當美國總統羅斯福採納A.愛因斯坦的建議決定製造核子彈，但美國政府還在猶疑時，湯姆孫領導的英國原子能委員會得出戰爭結束前德國可能用鈾 －235製成核子彈的結論,致函美國,促使美國決心迅速製造核子彈。
第二次世界大戰期間，他先後擔任英國政府科學顧問和原子能委員會主度。戰後，還擔任聯合國原子能委員會首席顧問及英國代表。1943年被封為爵士。1952～1962年任劍橋大學基督聖體學院院長。1975年 9月10日在劍橋逝世。
