Här tar elektronen ett världsunikt hopp – på film

2021-07-09 06:00  

Ett klassiskt fysikexperiment från 1909 återupprepas nu av forskare i Sverige. Och resultatet går att se på film.

År 1909 använde den amerikanska fysikern Robert Millikan oljedroppar för att bestämma elektronens laddning, ett experiment som därefter har upprepats av fysikstudenter genom åren.

Elektronens laddning kallas för elementarladdningen och är en av de grundläggande fysikaliska konstanterna. Det gör det extra viktigt att känna till dess värde så bra som möjligt.

Robert Millikan mätte kraften som verkade på mängder av små laddade, svävande, oljedroppar. De hölls svävande med hjälp av ett elektriskt fält som motverkade gravitationen.

Elektron blir synlig och kan mätas med linjal

Nu har forskare vid Göteborgs universitet utfört en modern variant av experimentet – men på ett annat sätt. Forskarnas experiment innebär att en svävande droppe som absorberar en enda elektron för första gången har blivit synlig för det mänskliga ögat, och har kunnat mätas med en vanlig millimetergraderad linjal.

Läs mer: Genombrottet tar kvantdatorn närmare vardagsrummet

Den här gången användes varken avancerade experimentell utrustning eller, som för Robert Millikan, komplicerad statistisk analys. Forskarna placerade droppen i ett starkt elektriskt fält och lade till enskilda elektroner genom att exponera droppen med ett radioaktivt alfapreparat i form av strontium. Det berättar Javier Marmolejo, doktorand vid institutionen för fysik på Göteborgs universitet, för Ny Teknik.

– Droppen gjorde kvantiserade hopp när den absorberade en enda eller ett fåtal elektroner. Genom att förstora bilden av droppen med hjälp av en enkel lins kunde mäta hoppet med en linjal. Andra forskare leviterar också droppar, men använder då oftast detektorer. Vi är däremot först i världen med att ha gjort den så stor att man kan se den med blotta ögat, säger Javier Marmolejo.

En millimeters flytt för varje elektron

Ljusfläcken flyttade sig ungefär en millimeter för varje absorberad elektron, vilket kan ses i filmen här nedanför. Droppen är 29 mikrometer i diameter, vilket ungefär motsvarar tjockleken på ett tunt mänskligt hårstrå. Trots detta innehåller droppen också ungefär 3 700 000 000 000 000 andra elektroner.

Läs mer: Tio experiment som förändrade världen

Resultatet publicerades i Scientific Reports, som ges ut av Nature Research.

Fakta om experimentet

En laserfälla användes för att levitera silikondroppar i luften.

Fällan bestod av en grön laser med våglängden 532 nanometer som riktades lodrätt och fokuserades, via en lins med brännvidden 100 millimeter, mellan två elektroder som hängde centralt i en experimentkub.

Elektroderna var parallella och separerade med 1 mm. En 29 mikrometer stor droppe skickades in i laserstrålen och föll mot dess fokus mellan elektroderna där den bromsades och fångades.

Mellan plattorna applicerades en spänning på 666 V och orsakade ett starkt elektriskt fält. Mot den nästan oladdade droppen fördes ett alfapreparat, vars strålning joniserade den omgivande luften.

Då droppen fångade upp eller avgav laddningar i utbyte med den av alfastrålningen joniserade luften förändrades dess laddning, varvid dess position i det elektriska fältet förflyttades.

Effekterna förstorades med hjälp av en lins, med 73 gångers förstoring, och projicerades på en vägg. Med denna förstoring kunde mikrometerstora rörelser hos droppen observeras med bara ögat. På väggen placerades en egengjord linjal och här kunde forskarna direkt observera antalet elektroner droppen tog emot då den hoppade från en linje till en annan.

Källa: Göteborgs universitet

Anders Frick

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt