en 1923, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan (1868-1953) fue galardonado con el Premio Nobel de física,

«por su trabajo sobre la carga elemental de la electricidad y sobre el efecto fotoeléctrico».,

en su conferencia Nobel «the Electron and the Light-Quant from the Experimental Point of View» se refirió al experimento que le había permitido determinar la carga del electrón, dejando a su audiencia convencida de que había visto electrones:

«El que ha visto ese experimento, y cientos de investigadores lo han observado, ha visto literalmente el electrón».

muy a menudo los físicos decimos que vemos esas cosas en las que estamos trabajando, no importa lo pequeñas o incluso abstractas que puedan ser., Sin embargo, no hay duda de que dentro del aparato utilizado por Millikan había un mundo de partículas con el que se familiarizó tanto que afirmó sin tapujos ver cosas en ese mundo.

La física requiere experimentos, mediciones precisas y, por supuesto, conclusiones a extraer. Existen numerosos ejemplos de experimentos decisivos en la historia de la física., Uno de los más famosos e importantes de estos fue el que permitió la determinación de la carga del electrón, realizado por Millikan en 1909, que se ha conocido como el experimento de gota de aceite o simplemente el experimento de Millikan. De hecho, es considerado como uno de los» experimentos más bellos de la física»y fue fundamental para permitir la medición de la carga del electrón

Robert Andrews Millikan nació en Morrison, Illinois (EE.UU.) el 22 de marzo de 1868. Después de graduarse de Oberlin College en Ohio (1891) -donde particularmente disfrutó de estudiar griego y matemáticas – hizo dos cursos de física elemental, que despertó su interés en esta disciplina. En 1893 fue galardonado con una beca en la Universidad de Columbia, de la que recibió su doctorado en 1895 para una tesis sobre la polarización de la luz emitida por las superficies incandescentes., Un fenómeno que había sido observado originalmente (1824) por François Aragó, Millikan utilizó oro fundido y plata del Departamento del Tesoro de los Estados Unidos para probar su tesis. Después de pasar un año (1896) en Alemania en las universidades de Berlín y Götingen, regresó a los Estados Unidos para aceptar una invitación del físico y Premio Nobel Albert A. Michelson para convertirse en su asistente en el recientemente fundado Laboratorio Ryerson en la Universidad de Chicago. Con el tiempo se convertiría en un profesor allí (1910), un puesto que ocupó hasta 1921., En el curso de su vida (murió en 1953) Millikan fue profesor de Física, Director del laboratorio de Física Norman Bridge y Presidente del Instituto de tecnología de California (CALTECH).

una gota de aceite para «desenmascarar» al electrón

Millikan fue una figura clave en el desarrollo de la física en los Estados Unidos en la primera mitad del siglo XX., Si fuera necesario clasificarlo como físico, su faceta como físico experimental tendría que ser sin duda destacada, al igual que los numerosos descubrimientos importantes que realizó, predominantemente en los campos de la óptica y la física molecular. El primer gran logro de Millikan fue determinar la carga del electrón, para lo cual utilizó el «método de gota de aceite». J. J. Thomson, el físico británico, ya había establecido la relación carga-masa del electrón en 1897, pero ninguno de ellos por separado., En consecuencia, si fuera posible determinar uno de estos valores por separado (carga o masa), el otro podría calcularse fácilmente. Millikan, con la ayuda de Harvey Fletcher, uno de sus estudiantes de doctorado, utilizó el experimento de gota de aceite para medir la carga del electrón (y con esto, su masa). Cuando Millikan comenzó una larga serie de experimentos en 1907, ya había estado trabajando en la Universidad de Chicago durante diez años, se había casado, era el padre de tres hijos y a punto de celebrar su cuadragésimo cumpleaños., Había ganado gran renombre como profesor de física, pero todavía no había logrado nada digno de mención como investigador científico.

la carga eléctrica fundamental es una de las constantes básicas en la física, por lo tanto, su determinación precisa es esencial para esta disciplina. En su experimento, Millikan mide la fuerza eléctrica en una pequeña gota de aceite que ha sido cargada por un campo eléctrico creado entre dos electrodos cuando la gota estaba en el campo gravitacional. Como se conocía el campo eléctrico, fue posible determinar la carga acumulada en la caída de aceite.,

un aerosol formó gotas de aceite, algunas de las cuales cayeron a través de un pequeño espacio en un espacio de área de campo eléctrico uniforme por dos placas paralelas cargadas. Un microscopio permitía observar una gota de aceite en particular y conocer su masa midiendo la velocidad terminal de su caída., La gota de aceite estaba cargada con rayos x, y ajustando el campo eléctrico, era posible que permaneciera en reposo, en equilibrio estático, cuando la fuerza eléctrica era igual a la fuerza gravitacional opuesta. Millikan, llevando a cabo una tarea larga y tediosa que involucró un conjunto de experimentos colaterales, repitió el experimento numerosas veces, llegando a la conclusión de que los resultados obtenidos podrían explicarse si había una sola carga elemental (cuyo valor determinó) y las cargas identificadas eran múltiplos enteros de este número.,

en 1909 envió su primer artículo para su publicación, en el que explicó una técnica que llamó «un método de equilibrio de caída para determinar la carga del electrón, e», titulado «Una nueva modificación del método de la nube para determinar la carga eléctrica elemental y el valor más probable de esa carga» . Millikan incluyó sus opiniones personales sobre la fiabilidad y validez de cada una de sus 38 observaciones. Marcó siete observaciones » muy buenas «con dos asteriscos, diez» buenas «con un solo asterisco y dejó las trece restantes» satisfactorias » sin marcar., Un acto genuino de honestidad, con respecto al cual el historiador de la ciencia Gerald Holton más tarde se referiría como «un gesto bastante inusual en las publicaciones científicas». En septiembre de 1910, Millikan publicó un segundo artículo en la revista Science sobre la carga de los electrones titulado, «El aislamiento de un ion, una medición de precisión de su carga, y la corrección de la Ley de Stokes» , el PRIMERO en explicar completamente su método de «equilibrio de gota». Tres años más tarde, en 1913 Millikan mejoró los resultados obtenidos para determinar la carga del electrón e = 4.774 ± 0.,009 x 10-10 unidades electrostáticas de carga (esu), es decir, 1.592 x 10-19 C (1 esu = 3.33564×10-10 C) que está ligeramente por debajo del valor actualmente aceptado de 1.602 x 10-19 C, muy probablemente porque Millikan utilizó un valor inexacto para la viscosidad del aire.

un aliado inesperado para Einstein

pero este no fue el único experimento» crucial » llevado a cabo por el meticuloso Millikan., En 1905, en el curso de su Annus Mirabilis, Albert Einstein publicó el artículo titulado «On A Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light». En este artículo Einstein analiza teóricamente el efecto fotoeléctrico, introduciendo convincentemente el concepto de «cuántico de luz» (más tarde llamado el fotón) y aplicando las ideas de Max Planck, antes de que cualquiera de sus colegas lo hubiera hecho, para explicar teóricamente el efecto fotoeléctrico., El propio Planck resultó ser uno de los críticos más acérrimos de esta idea de cuantos de luz, mientras que Millikan descartó la idea de Einstein como una «hipótesis imprudente, por no decir tonta», poniéndose rápidamente a trabajar en Mostrar experimentalmente a Einstein el error de sus caminos. Después de diez años de experimentos (1916), Millikan publicó sus resultados en la revista physical Review en un artículo titulado, «Un Directo Fotoeléctrico Determinación de Planck h» ., Sin embargo, y contrariamente a lo que había pretendido originalmente, Millikan no solo validó experimentalmente la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico, sino que también determinó la constante de Planck, h. la conclusión del artículo de Millikan de 1916 no deja lugar a dudas:

«la ecuación fotoeléctrica de Einstein ha sido sujeta a pruebas muy buscadoras y parece en todos los casos predecir exactamente los resultados observados».

Sin embargo, Millikan intentó demostrar con sus experimentos que la idea de Einstein de» cuantos de luz » estaba equivocada., En un artículo titulado «Albert Einstein on His Seventieth Birthday» (1949), en la revista Reviews of Modern Physics, Millikan escribió:

«pasé diez años de mi vida probando esa ecuación de Einstein de 1905, y contrariamente a todas mis expectativas , me vi obligado en 1915 a afirmar su verificación experimental inequívoca a pesar de su irracionalidad, ya que parecía violar todo lo que sabíamos sobre la interferencia de la luz».,

El 14 de noviembre de 1923 Millikan recibió un telegrama de la Real Academia sueca de Ciencias informándole que había sido galardonado con el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre la carga elemental de electricidad y sobre el efecto fotoeléctrico, lo que lo convirtió en el segundo Estadounidense en recibirlo., El texto del telegrama dice lo siguiente:

5 gs d 2625 803R

STOCKHOLM 1030 AM NOV 14 1923

DOCTOR MILLIKAN

PASADENA CALIF

Premio NOBEL de física otorgado a usted por favor envíe un mensaje si puede estar presente en Estocolmo el 10 de diciembre

HOEDERBAUM, Secy ACADEMY of SCIENCE

Millikan tomó participó en la Tercera Conferencia Solvay celebrada en Bruselas (1921) y fue galardonado con doctorados honorarios por veinticinco universidades de todo el mundo., Además del Premio Nobel de física, también fue galardonado con el Premio Comstock en Física por la Academia Nacional de Ciencias, la Medalla Edison y la medalla Hughes por la Royal Society, por no mencionar una serie de otros honores. Millikan murió el 19 de diciembre de 1953 en San Marino, California, a la edad de 85 años.

Augusto Belén

profesor de Física Aplicada de la Universidad de Alicante y miembro de la Real Sociedad Española de Física

Bibliografía

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Robert Andrews Millikan, Wikipedia (Consultado el 16 de abril de 2017).