Scienziati belgi hanno proposto un nuovo metodo per misurare la carica accumulata su una sfera di plastica immersa in un liquido. Come risultato di questo metodo, l’accuratezza della misurazione era una carica elementare. Questo metodo è molto simile all’esperimento di Robert Millikan, condotto circa cento anni fa. Grazie a questa tecnica, l’accuratezza della misura all’interfaccia tra solido e liquido è molto elevata.
I ricercatori ritengono che questo esperimento possa essere utilizzato per produrre varie installazioni commerciali, nonché per migliorare varie installazioni commerciali.
Per modellare un sistema colloidale, gli scienziati usano tipicamente una sospensione di palline di plastica poste in un liquido. Ma tali modelli descrivono approssimativamente la carica e la ricarica casuale delle particelle colloidali, praticamente senza tener conto della natura quantistica della carica.
Fu Millikan che per primo cercò di misurare i processi di scambio di carica secondo il concetto della presenza di una carica elementare. Nel suo esperimento, lo scienziato ha utilizzato la cattura di piccole goccioline di olio cariche da parte di un campo elettrico. I moderni scienziati belgi dell’Università di Gand hanno ripetuto l’idea dell’esperimento di Millikan.
Hanno applicato uno schema simile nello studio dei processi elementari di scambio di carica ai confini di un liquido e di un solido. Una chiara comprensione di tali processi è sempre più importante per lo sviluppo commerciale di tali sostanze contenenti particelle cariche. Questi possono essere il cosiddetto "inchiostro elettronico" utilizzato nei libri elettronici, nonché altri liquidi colloidali utilizzati per la produzione industriale.
Una descrizione dettagliata di questo lavoro è stata presentata sulla rivista scientifica Physical Review Letters. Per il loro esperimento, i ricercatori belgi hanno preso una sfera di perspex di 1 micron di diametro e l’hanno posta in un contenitore di liquido. Quindi, due elettrodi sono stati posti in un recipiente con questa sospensione "colloidale", la cui distanza era di 300 micron. Quindi, una tensione oscillante è stata applicata agli elettrodi.
Pertanto, come risultato della carica e della scarica all’interfaccia tra il liquido e il solido, la sfera ha iniziato a oscillare in base alla tensione applicata. L’ampiezza massima di queste oscillazioni corrispondeva alla carica totale della particella sferica. La principale difficoltà dell’esperimento è stata quella di impostare i parametri in modo tale che le oscillazioni causate dalla tensione applicata fossero maggiori delle oscillazioni casuali della sfera. Era anche necessario misurare abbastanza spesso l’ampiezza delle oscillazioni, per non perdere il processo di ricarica elementare.
Come risultato di esperimenti, è stato scoperto che il processo di ricarica di una sfera con tali parametri avviene due volte al secondo. È stato chiarito un cambiamento simile a un salto nell’ampiezza di oscillazione, che conferma pienamente la natura quantistica della carica delle particelle colloidali. Confrontando i dati noti sulla carica di un elettrone e i dati sulla carica di un oggetto sferico, ottenuti durante l’esperimento, è stata trovata una corrispondenza del dieci percento.
Per spiegare questo fenomeno, è stata avanzata l’ipotesi che una parte fissa della sfera perda ioni idrogeno. Di conseguenza, la carica totale della sfera diventa negativa. Dopo qualche tempo, gli ioni idrogeno si ricongiungeranno alla sfera, riducendo così la sua carica. Nel corso di calcoli sperimentali, si è scoperto che la sfera aveva 69 regioni di questo tipo, di cui dieci erano costantemente cariche.
Pertanto, l’esperimento Millikan è stato continuato a un nuovo livello tecnico.