Belgiska forskare har föreslagit en ny metod för att mäta laddningen som samlats på en plastkula nedsänkt i en vätska. Som ett resultat av denna metod var mätnoggrannheten en elementär laddning. Denna metod är mycket lik experimentet av Robert Millikan, som utfördes för ungefär hundra år sedan. Tack vare denna teknik är mätnoggrannheten vid gränssnittet mellan fast och flytande mycket hög.
Forskarna tror att detta experiment kan användas för att producera olika kommersiella installationer, samt för att förbättra olika kommersiella installationer.
För att modellera ett kolloidalt system använder forskare vanligtvis en suspension av små plastkulor placerade i en vätska. Men sådana modeller beskriver slumpmässig laddning och omladdning av kolloidala partiklar ungefär, praktiskt taget utan att ta hänsyn till laddningens kvanta natur.
Det var Millikan som först försökte mäta processerna för laddningsutbyte i enlighet med konceptet om närvaron av en elementär laddning. I sitt experiment använde forskaren fångst av små laddade oljedroppar av ett elektriskt fält. Moderna belgiska forskare från Gents universitet upprepade idén om Millikans experiment.
De tillämpade ett liknande schema i studiet av elementära laddningsutbytesprocesser vid gränserna mellan en vätska och en fast substans. En tydlig förståelse för sådana processer är allt viktigare för den kommersiella utvecklingen av sådana ämnen som innehåller laddade partiklar. Dessa kan vara det så kallade "elektroniska bläcket" som används i elektroniska böcker, såväl som andra kolloidala vätskor som används för industriell produktion.
En detaljerad beskrivning av detta arbete presenterades i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters. För sitt experiment tog de belgiska forskarna en plexiglaskula med en diameter på 1 mikron och placerade den i en behållare med vätska. Sedan placerades två elektroder i ett kärl med denna "kolloidala" suspension, vars avstånd var 300 mikron. Sedan applicerades en oscillerande spänning på elektroderna.
Sålunda, som ett resultat av laddning och urladdning vid gränsytan mellan vätskan och det fasta ämnet, började kulan att oscillera i enlighet med den pålagda spänningen. Den maximala amplituden för dessa oscillationer motsvarade den totala laddningen av den sfäriska partikeln. Experimentets största svårighet var att ställa in parametrarna på ett sådant sätt att svängningarna orsakade av den pålagda spänningen var större än sfärens slumpmässiga svängningar. Det var också nödvändigt att mäta amplituden av svängningar ganska ofta för att inte missa processen med elementär laddning.
Som ett resultat av experiment visade det sig att processen att ladda en sfär med sådana parametrar inträffar två gånger per sekund. En hoppliknande förändring i oscillationsamplituden klargjordes, vilket helt bekräftar kvantnaturen hos laddningen av kolloidala partiklar. När man jämförde de kända uppgifterna om laddningen av en elektron och uppgifterna om laddningen av ett sfäriskt föremål, som erhölls under experimentet, fann man en tioprocentig matchning.
För att förklara detta fenomen lades en hypotes fram att någon fast del av sfären förlorar vätejoner. Som ett resultat blir den totala laddningen av sfären negativ. Efter en tid kommer vätejoner att återförenas i sfären och därigenom minska dess laddning. Under experimentella beräkningar visade det sig att sfären hade 69 sådana regioner, varav tio regioner var konstant laddade.
Därmed fortsatte Millikan-experimentet på en ny teknisk nivå.