Nel 1923, il fisico americano Robert Andrews Millikan (1868-1953) ricevette il premio Nobel per la fisica,

“per il suo lavoro sulla carica elementare dell’elettricità e sull’effetto fotoelettrico”.,

Nella sua Nobel Lecture “L’Elettrone e la Luce-Quant dal Punto di Vista Sperimentale” a cui si riferiva l’esperimento che aveva permesso di determinare la carica dell’elettrone, lasciando il suo pubblico convinto che aveva visto elettroni:

“chi ha visto l’esperimento, e centinaia di ricercatori hanno osservato, ha letteralmente visto l’elettrone”.

Molto spesso noi fisici diciamo che vediamo quelle cose su cui stiamo lavorando, non importa quanto piccole, o addirittura astratte possano essere., Non c’è dubbio, tuttavia, che all’interno dell’apparato utilizzato da Millikan c’era un mondo di particelle con cui divenne così familiare che egli sosteneva senza limiti di vedere le cose in quel mondo.

La fisica richiede esperimenti, misurazioni accurate e, naturalmente, conclusioni da trarre. Ci sono numerosi esempi di esperimenti decisivi nella storia della fisica., Uno dei più famosi e importanti di questi è stato quello che ha permesso la determinazione della carica dell’elettrone, condotta da Millikan nel 1909, che è diventato noto come esperimento di oil-drop o semplicemente esperimento di Millikan. In effetti, è considerato uno dei “più bei esperimenti in fisica”ed è stato fondamentale per consentire la misurazione della carica dell’elettrone

Robert Andrews Millikan è nato a Morrison, Illinois (USA) il 22 marzo 1868. Dopo la laurea presso Oberlin College in Ohio (1891) -dove ha particolarmente apprezzato lo studio del greco e della matematica – ha fatto due corsi di fisica elementare, che ha risvegliato il suo interesse per questa disciplina. Nel 1893 ottenne una borsa di studio alla Columbia University, da cui conseguì il dottorato nel 1895 per una tesi sulla polarizzazione della luce emessa dalle superfici incandescenti., Un fenomeno che era stato originariamente osservato (1824) da François Aragó, Millikan utilizzato oro fuso e argento dal Dipartimento del Tesoro degli Stati Uniti per dimostrare la sua tesi. Dopo aver trascorso un anno (1896) in Germania presso le Università di Berlino e Götingen, tornò negli Stati Uniti per accettare l’invito del fisico e collega premio Nobel Albert A. Michelson a diventare suo assistente nel laboratorio Ryerson recentemente fondato presso l’Università di Chicago. Egli è stato alla fine di diventare un docente lì (1910), un posto che ha tenuto fino al 1921., Nel corso della sua vita (morì nel 1953) Millikan fu professore di fisica, direttore del Norman Bridge Physics Laboratory e presidente del California Institute of Technology (CALTECH).

Una goccia d’olio per “smascherare” l’elettrone

Millikan fu una figura chiave nello sviluppo della fisica negli Stati Uniti nella prima metà del xx secolo., Se fosse necessario classificarlo come fisico, il suo aspetto di fisico sperimentale avrebbe indubbiamente dovuto essere evidenziato, così come le numerose importanti scoperte che fece, prevalentemente nei campi dell’ottica e della fisica molecolare. Il primo grande risultato di Millikan fu quello di determinare la carica dell’elettrone, a cui fine usò il “metodo della goccia d’olio”. JJ Thomson, il fisico britannico, aveva già stabilito il rapporto carica-massa dell’elettrone nel 1897, ma nessuno dei due separatamente., Di conseguenza, se fosse possibile determinare separatamente uno di questi valori (carica o massa), l’altro potrebbe essere facilmente calcolato. Millikan, con l’aiuto di Harvey Fletcher, uno dei suoi studenti di dottorato, ha usato l’esperimento oil-drop per misurare la carica dell’elettrone (e con questo, la sua massa). Quando Millikan iniziò una lunga serie di esperimenti nel 1907, aveva già lavorato all’Università di Chicago per dieci anni, si era sposato, era padre di tre figli e stava per festeggiare il suo quarantesimo compleanno., Aveva guadagnato grande fama come docente di fisica, ma non aveva ancora ottenuto nulla di degno di nota come ricercatore scientifico.

La carica elettrica fondamentale è una delle costanti fondamentali della fisica, di conseguenza, la sua determinazione accurata è essenziale per questa disciplina. Nel suo esperimento, Millikan misura la forza elettrica su una piccola goccia d’olio che è stata caricata da un campo elettrico creato tra due elettrodi quando la goccia era nel campo gravitazionale. Come era noto il campo elettrico, è stato possibile determinare la carica accumulata sulla goccia d’olio.,

Uno spray ha formato gocce di olio, alcune delle quali sono cadute attraverso un piccolo spazio in uno spazio uniforme dell’area del campo elettrico da due piastre parallele cariche. Un microscopio ha permesso di osservare una particolare goccia d’olio e imparare la sua massa misurando la velocità terminale della sua caduta., La goccia d’olio era carica di raggi X e, regolando il campo elettrico, era possibile farla rimanere a riposo, in equilibrio statico, quando la forza elettrica era uguale alla forza gravitazionale avversaria. Millikan, svolgendo un compito lungo e noioso che prevedeva una serie di esperimenti collaterali, ripeté l’esperimento numerose volte, concludendo infine che i risultati ottenuti potevano essere spiegati se esisteva una singola carica elementare (il cui valore era determinato) e le cariche identificate erano multipli interi di questo numero.,

Nel 1909 inviò il suo primo articolo per la pubblicazione, in cui spiegava una tecnica che chiamò “un metodo di equilibrio di goccia per determinare la carica dell’elettrone, e”, intitolato “Una nuova modifica del metodo della nuvola per determinare la carica elettrica elementare e il valore più probabile di quella carica” . Millikan incluse le sue opinioni personali sull’affidabilità e la validità di ciascuna delle sue 38 osservazioni. Ha segnato sette osservazioni” molto buone “con due asterischi, dieci” buone “con un singolo asterisco e ha lasciato i restanti tredici” soddisfacenti” non contrassegnati., Un vero e proprio atto di onestà, rispetto al quale lo storico della scienza Gerald Holton avrebbe in seguito definito “un gesto piuttosto raro nelle pubblicazioni scientifiche”. Nel settembre 1910, Millikan pubblicò un secondo articolo sulla rivista Science sulla carica degli elettroni intitolato “The isolation of an ion, a precision measurement of its charge, and the correction of Stokes’s law”, il primo in assoluto a spiegare pienamente il suo metodo “drop equilibrium”. Tre anni dopo, nel 1913 Millikan migliorò i risultati ottenuti per determinare la carica dell’elettrone e = 4,774 ± 0.,009 x 10-10 unità di carica elettrostatica (esu), cioè 1.592 x 10-19 C (1 esu = 3.33564×10-10 C) che è leggermente al di sotto del valore attualmente accettato di 1.602 x 10-19 C, molto probabilmente perché Millikan ha usato un valore impreciso per la viscosità dell’aria.

Un alleato inaspettato per Einstein

Ma questo non fu l’unico esperimento “cruciale” condotto dal meticoloso Millikan., Nel 1905, nel corso del suo Annus Mirabilis, Albert Einstein pubblicò l’articolo intitolato “On a Euristic Point of View about the Creation and Conversion of Light”. In questo articolo Einstein analizza teoricamente l’effetto fotoelettrico, introducendo in modo convincente il concetto di “quantum of light” (in seguito ribattezzato fotone) e applicando le idee di Max Planck, prima che qualcuno dei suoi colleghi lo avesse fatto, per spiegare teoricamente l’effetto fotoelettrico., Lo stesso Planck si rivelò uno dei più accaniti critici di questa idea di quanti di luce, mentre Millikan liquidò l’idea di Einstein come una “ipotesi avventata, per non dire sciocca”, mettendosi rapidamente al lavoro per mostrare sperimentalmente a Einstein l’errore dei suoi modi. Dopo dieci anni di esperimenti (1916), Millikan pubblicò i suoi risultati sulla rivista Physical Review in un articolo intitolato “A Direct Photoelectric Determination of Planck’s h” ., Tuttavia, e contrariamente a quello che aveva originariamente previsto, Millikan non solo sperimentalmente validati equazione di Einstein per l’effetto fotoelettrico, ma anche determinata la costante di Planck, h. La conclusione di Millikan nel 1916, l’articolo non lascia spazio a dubbi:

“Einstein fotoelettrico equazione è stata oggetto di una ricerca di prove e sembra in ogni caso prevedere esattamente i risultati osservati”.

Tuttavia, Millikan intendeva dimostrare con i suoi esperimenti che l’idea di Einstein di “quanti di luce” era sbagliata., In un articolo intitolato, “Albert Einstein in occasione del Suo Settantesimo Compleanno” (1949), in la gazzetta Reviews of Modern Physics, Millikan ha scritto:

“ho passato dieci anni della mia vita testing 1905 equazione di Einstein , e contrariamente alle mie aspettative, io sono stato costretto nel 1915 per affermare la sua inequivocabile la verifica sperimentale, nonostante la sua irragionevolezza, in quanto sembravano violare tutto ciò che sappiamo circa l’interferenza della luce”.,

Il 14 novembre 1923 Millikan ricevette un telegramma dalla Royal Swedish Academy of Sciences che lo informava che gli era stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica per il suo lavoro sulla carica elementare dell’elettricità e sull’effetto fotoelettrico, rendendolo così il secondo americano a riceverlo., Il testo del telegramma si legge come segue:

5 gs d 2625 803R

STOCCOLMA 1030 AM NOV 14 1923

MEDICO MILLIKAN

PASADENA CALIFORNIA

il PREMIO NOBEL PER la FISICA ASSEGNATO A VOI, si PREGA di FILO SE SI PUÒ ESSERE PRESENTI A STOCCOLMA DIC 10 TH

HOEDERBAUM, SECY ACCADEMIA DELLE SCIENZE

Millikan ha preso parte alla Terza Solvay Conferenza tenutasi a Bruxelles (1921) ed è stato assegnato un Dottorato Onorario da venticinque università di tutto il mondo., Oltre al Premio Nobel per la fisica, ha ricevuto anche il Premio Comstock in Fisica dalla National Academy of Sciences, la Medaglia Edison e la medaglia Hughes dalla Royal Society, per non parlare di una serie di altri riconoscimenti. Millikan morì il 19 dicembre 1953 a San Marino, in California, all’età di 85 anni.

Augusto Beléndez

Professore di Fisica applicata all’Università di Alicante e membro della Royal Physics Society spagnola

Bibliografia

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Sánchez Ron, J. M.; Historia de la Física Cuántica I. El período fundacional (1860-1926) (Crítica, Barcelona, 2001).

“Agosto 1913: Robert Millikan riporta i suoi risultati di caduta di petrolio”. Questo mese nella storia della fisica. APS News, agosto / settembre 2006 (Volume 15, Numero 8).,

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“Robert A. Millikan-Biographical”. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Web. 12 Aprile 2017.

Robert Andrews Millikan, Wikipedia (Consultato il 16 aprile 2017).