Robert Millikan: biografía, teoría atómica y experimento de la gota de aceite

¿Quién era Robert Millikan?

Cuando piensas en físicos famosos, puede que Robert Millikan no sea el primero que te venga a la mente. Sin embargo, sus logros, en particular en el área de carga eléctrica y teoría atómica, son numerosos. Robert Andrews Millikan, nacido y criado en el Medio Oeste de Estados Unidos por su padre ministro, asistió a Oberlin College en Ohio como estudiante y después de graduarse se inscribió en la Universidad de Columbia. Tiene la distinción de ser el primer Ph.D. en física de Columbia. recipiente.

Pasó la mayor parte de su carrera profesional como profesor en la Universidad de Chicago y director de laboratorio en CalTech, enseñando y realizando investigaciones en las áreas de cargas eléctricas, efecto fotoeléctrico y radiación extraterrestre. Sirvió brevemente en el Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos durante la Primera Guerra Mundial, trabajando en dispositivos meteorológicos. Millikan estaba casado y tenía tres hijos, todos los cuales siguieron carreras en ciencias. Su educación religiosa lo llevó a dar muchas conferencias y escribir artículos a lo largo de los años detallando su creencia de que la religión y la ciencia deben estar en armonía entre sí, en oposición a la oposición y la división a la que tienden a prestarse los dos temas. Robert Millikan falleció de un infarto a la edad de 85 años.

El experimento de la gota de aceite

El experimento de la gota de aceitefue quizás el trabajo científico más famoso de la carrera de Robert Millikan. Mientras estaba en la Universidad de Chicago, trabajó con uno de sus estudiantes graduados, Harvey Fletcher, para intentar medir la carga de un electrón. Hasta este momento, alrededor de 1913, la visión del mundo de lo que sucede dentro de un átomo era primitiva para los estándares actuales. Experimentos anteriores de JJ Thomson habían demostrado que los átomos contienen algún tipo de partícula cargada negativamente, y que estas partículas tenían una masa significativamente menor que la de un átomo de hidrógeno. Se desconoce exactamente cuál era la magnitud de esa carga negativa. Tampoco estaba completamente aceptado todavía que las partículas subatómicas (partículas más pequeñas que un átomo, que están contenidas dentro de un átomo) incluso existieran, de modo que todo el campo de la teoría atómica estaba realmente madurando a principios del siglo XX. El objetivo de Millikan y Fletcher era cuantificar la carga de un electrón, y más o menos lo consiguieron, como verá.

El experimento de la gota de aceite se llevó a cabo utilizando este aparato.

El experimento en sí fue algo simple en diseño, cuando lo comparas con los aceleradores de partículas modernos y demás. Se llama el experimento de la gota de aceite porque implicaba precisamente eso: dejar caer aceite entre electrodos (placas cargadas eléctricamente). Se midió la fuerza de esas gotas que pasaban a través del campo eléctrico, al igual que el campo eléctrico entre los electrodos, y al medir y calcular esas cantidades, pudieron determinar la carga de un solo electrón. Después de numerosos ensayos y estandarizando sus medidas, ya que no todas las gotas de aceite eran exactamente del mismo tamaño, Millikan y Fletcher concluyeron que la carga de un electrón, o la carga elemental ( e ) , era igual a 1,5924 (17) x 10 ^ -19. C. Culombios (C)son la unidad SI de carga eléctrica, e se usa para designar la carga del electrón en lugar de escribir el valor numérico completo cada vez que se usa, y los dos dígitos finales entre paréntesis representan la incertidumbre aceptada en los lugares decimales finales. El par no solo pudo cuantificar de manera concluyente la carga de un electrón, e , sino que al hacerlo pudo demostrar que las cargas eléctricas están cuantificadas (valores únicos, discretos), en lugar de valores que cambian continuamente como se pensaba convencionalmente en ese momento. Fue realmente un experimento revolucionario.

Controversia y premio Nobel

Solo Robert Millikan fue galardonado con el Premio Nobel de Física de 1923, tanto por su trabajo en el experimento de la gota de aceite como por algunas investigaciones posteriores sobre el efecto fotoeléctrico. Harvey Fletcher no fue reconocido por el comité del Nobel por su trabajo en el proyecto y, muchos años después, surgieron escritos de Fletcher sobre el tema. Los escritos sugieren que Millikan deseaba tomar el mérito exclusivo a cambio de otorgarle a Fletcher su doctorado. y ayudar a conseguirle un trabajo después de graduarse. A pesar de perderse el Premio Nobel, Fletcher continuó con una exitosa carrera en ingeniería de sonido y tecnología de audífonos.

También hubo controversia en torno a los resultados numéricos del experimento de la gota de aceite. Existe evidencia que sugiere que Millikan omitió grandes conjuntos de datos de resultados de sus cálculos finales para e . Varios científicos han evaluado si la omisión de estos puntos de datos alteró notablemente el valor final de e , con el consenso general de que cualquier cambio solo habría alterado el valor dentro del uno o dos por ciento de su valor informado. Entonces, no es un resultado significativamente diferente.

Más significativamente, a medida que la tecnología y las mediciones de la carga elemental e han mejorado a lo largo de los años, el valor universalmente aceptado de e ha cambiado. El valor de e actualmente es igual a 1,602176565 (35) x 10 ^ -19 C. Aunque es menos del uno por ciento diferente al valor informado de Millikan, está fuera del rango del error de medida estándar del experimento de la gota de aceite. Esto esencialmente significa que, según los datos experimentales originales, el valor aceptado actualmente de e ni siquiera estaba dentro de los límites del rango de error del experimento original.

Resumen de la lección

Robert Millikan fue un físico estadounidense, ganador del Premio Nobel, al que se le atribuye el descubrimiento del valor de la carga de electrones, e , a través del famoso experimento de la gota de aceite, así como los logros relacionados con el efecto fotoeléctrico y la radiación cósmica. La cuantificación de e fue uno de los muchos logros importantes en el campo de la física atómica a principios del siglo XX y el mayor de la carrera de Millikan. No tuvo un costo, ya que su socio de investigación para el experimento de la gota de aceite, Harvey Fletcher, se quedó fuera de la publicación y el posterior premio Nobel. El descubrimiento de ambos hombres de que la carga de electrones se puede cuantificar y que no es una variable que cambia continuamente, llevó a un valor aceptado para e, que es ahora una de nuestras constantes científicas más fundamentales.