Eksperyment Millikana był kontynuowany

Belgijscy naukowcy zaproponowali nową metodę pomiaru ładunku zgromadzonego na plastikowej kulce zanurzonej w cieczy. W wyniku zastosowania tej metody dokładność pomiaru wynosiła jeden ładunek elementarny. Ta metoda jest bardzo podobna do eksperymentu Roberta Millikana, który przeprowadzono około stu lat temu. Dzięki tej technice dokładność pomiaru na styku ciała stałego i cieczy jest bardzo wysoka.

Naukowcy uważają, że ten eksperyment może być wykorzystany do produkcji różnych instalacji komercyjnych, a także do ulepszania różnych instalacji komercyjnych.

Aby modelować układ koloidalny, naukowcy zazwyczaj używają zawiesiny małych plastikowych kulek umieszczonych w cieczy. Ale takie modele opisują losowe ładowanie i ładowanie cząstek koloidalnych w przybliżeniu, praktycznie bez uwzględnienia kwantowej natury ładunku.

Millikan jako pierwszy spróbował zmierzyć procesy wymiany ładunku zgodnie z koncepcją obecności ładunku elementarnego. W swoim eksperymencie naukowiec wykorzystał wychwytywanie małych naładowanych kropelek oleju przez pole elektryczne. Współcześni belgijscy naukowcy z Uniwersytetu w Gandawie powtórzyli ideę eksperymentu Millikana.

Podobny schemat zastosowali w badaniu procesów wymiany ładunków elementarnych na granicy cieczy i ciała stałego. Jasne zrozumienie takich procesów jest coraz ważniejsze dla komercyjnego rozwoju takich substancji zawierających naładowane cząstki. Mogą to być tzw. „atrament elektroniczny" stosowany w książkach elektronicznych, a także inne płyny koloidalne wykorzystywane w produkcji przemysłowej.

Szczegółowy opis tej pracy został przedstawiony w czasopiśmie naukowym Physical Review Letters. Do swojego eksperymentu belgijscy naukowcy wzięli kulkę z pleksiglasu o średnicy 1 mikrona i umieścili ją w pojemniku z płynem. Następnie w naczyniu z tą „koloidalną” zawiesiną umieszczono dwie elektrody, w odległości 300 mikronów. Następnie do elektrod przyłożono napięcie oscylacyjne.

Tak więc, w wyniku ładowania i rozładowywania na styku cieczy i ciała stałego, kula zaczęła oscylować zgodnie z przyłożonym napięciem. Maksymalna amplituda tych oscylacji odpowiadała całkowitemu ładunkowi kulistej cząstki. Główną trudnością eksperymentu było takie ustawienie parametrów, aby oscylacje wywołane przyłożonym napięciem były większe niż przypadkowe oscylacje kuli. Konieczne było również dość częste mierzenie amplitudy oscylacji, aby nie przegapić procesu elementarnego ładowania.

W wyniku eksperymentów stwierdzono, że proces ładowania kuli o takich parametrach zachodzi dwa razy na sekundę. Wyjaśniono skokową zmianę amplitudy oscylacji, co w pełni potwierdza kwantową naturę ładunku cząstek koloidalnych. Porównując znane dane dotyczące ładunku elektronu i danych dotyczących ładunku kulistego obiektu, uzyskane podczas eksperymentu, stwierdzono dziesięcioprocentową zgodność.

Aby wyjaśnić to zjawisko, wysunięto hipotezę, że pewna nieruchoma część kuli traci jony wodoru. W rezultacie całkowity ładunek kuli staje się ujemny. Po pewnym czasie jony wodoru ponownie dołączą do kuli, zmniejszając w ten sposób jej ładunek. W trakcie obliczeń eksperymentalnych okazało się, że kula ma 69 takich obszarów, z czego dziesięć jest stale naładowanych.

W ten sposób eksperyment Millikana był kontynuowany na nowym poziomie technicznym.