août 1913: Robert Millikan rapporte ses résultats de chute D’huile
diagramme de L’appareil de Millikan, tiré de son article de Physical Review
la célèbre expérience de chute mesuré L’unité fondamentale de charge électrique., L’expérience, une grande amélioration par rapport aux tentatives précédentes de mesurer la charge d’un électron, a été qualifiée de l’une des plus belles de l’histoire de la physique, mais est également la source d’allégations de faute scientifique de la part de Millikan.
Robert Millikan est né en 1868 et a grandi dans L’Iowa rural, le deuxième fils d’un ministre. Millikan a fréquenté L’Oberlin College, a obtenu son doctorat à L’Université Columbia, puis a passé un an en Allemagne avant de prendre un poste à L’Université de Chicago.,
vers 1906, Millikan était devenu un éducateur et un auteur de manuels scolaires à succès, mais il savait qu’il n’avait fait aucune recherche d’importance scientifique réelle et était désireux de faire sa marque en tant que chercheur.
J. J. Thomson avait découvert l’électron en 1897 et a mesuré la charge massique. L’étape suivante consistait à déterminer séparément la charge de l’électron. Thomson et d’autres ont essayé de mesurer la charge électrique fondamentale en utilisant des nuages de gouttelettes d’eau chargées en observant à quelle vitesse elles tombaient sous l’influence de la gravité et d’un champ électrique., La méthode a donné une estimation brute de la charge de l’électron.
Millikan a vu cette occasion d’apporter une contribution significative en améliorant ces mesures. Il s’est rendu compte qu’essayer de déterminer la charge sur des gouttelettes individuelles pourrait mieux fonctionner que de mesurer la charge sur des nuages entiers d’eau. En 1909, il a commencé les expériences, mais a rapidement constaté que les gouttelettes d’eau s’évaporaient trop rapidement pour une mesure précise. Il a demandé à son étudiant diplômé, Harvey Fletcher, de comprendre comment faire l’expérience en utilisant une substance qui s’est évaporée plus lentement.,
Fletcher a rapidement découvert qu’il pouvait utiliser des gouttelettes d’huile, produites avec un simple atomiseur de parfum. Les gouttelettes d’huile sont injectées dans une chambre remplie d’air et récupèrent la charge de l’air ionisé. Les gouttes tombent ou montent alors sous l’influence combinée de la gravité, de la viscosité de l’air et d’un champ électrique, que l’expérimentateur peut ajuster. L’expérimentateur pourrait regarder les gouttes à travers un télescope spécialement conçu, et le temps à quelle vitesse une goutte tombe ou monte. Après avoir chronométré à plusieurs reprises la montée et la chute d’une goutte, Millikan pouvait calculer la charge sur la goutte.,
En 1910, Millikan publia les premiers résultats de ces expériences, qui montrèrent clairement que les charges sur les gouttes étaient toutes des multiples entiers d’une unité fondamentale de charge. Mais après la publication de ces résultats, le physicien Viennois Felix Ehrenhaft a affirmé avoir mené une expérience similaire, mesurant une valeur beaucoup plus petite pour la charge élémentaire. Ehrenhaft a affirmé que cela soutenait l « idée de l » existence de » subélectrons. »
Le défi D’Ehrenhaft a incité Millikan à améliorer son expérience et à collecter plus de données pour prouver qu’il avait raison., Il publia les nouveaux résultats plus précis en août 1913 dans la Physical Review. Il a déclaré que les nouveaux résultats n’avaient qu’une incertitude de 0,2%, une grande amélioration par rapport à ses résultats précédents. La valeur déclarée de Millikan pour la charge élémentaire, 1,592 x 10-19 coulombs, est légèrement inférieure à la valeur actuellement acceptée de 1,602 X 10-19 C, probablement parce que Millikan a utilisé une valeur incorrecte pour la viscosité de l’air.,
Il est apparu que c’était une belle expérience qui avait déterminé assez précisément l’unité fondamentale de la charge électrique, et établi clairement et de manière convaincante que les « sous-électrons” n’existaient pas. Millikan a remporté le prix Nobel de 1923 pour ce travail, ainsi que pour sa détermination de la valeur de la constante de Plank en 1916.
mais une inspection ultérieure des Cahiers De Laboratoire de Millikan par des historiens et des scientifiques a révélé qu’entre février et avril 1912, il a pris des données sur beaucoup plus de gouttes d’huile qu’il n’en a rapporté dans le journal., Ceci est troublant, puisque l’article d’août 1913 déclare explicitement à un moment donné: « il faut remarquer, aussi, qu’il ne s’agit pas d’un groupe sélectionné de gouttes, mais représente toutes les gouttes expérimentées pendant 60 jours consécutifs. »Cependant, à un autre moment de l’article, il écrit que les 58 gouttes signalées sont celles « sur lesquelles une série complète d’observations ont été faites. »En outre, les marges de son cahier contiennent des notes telles que « beauty publish » ou » something wrong. »
Millikan a-t-il délibérément ignoré des données qui ne correspondaient pas aux résultats qu’il souhaitait?, Peut-être parce qu’il était sous la pression d’un rival et désireux de faire sa marque en tant que scientifique, Millikan a déformé ses données. Certains ont appelé cela un cas clair de fraude scientifique. Cependant, d’autres scientifiques et historiens ont examiné de près ses cahiers et ont conclu que Millikan s’efforçait d’être précis en ne rapportant que ses données les plus fiables, sans essayer d’induire délibérément en erreur les autres., Par exemple, il rejetait les gouttes qui étaient trop grosses, et tombaient donc trop rapidement pour être mesurées avec précision avec son équipement, ou trop petites, ce qui signifiait qu’elles auraient été trop influencées par le mouvement brownien. Certaines gouttes n’ont pas d’ensembles de données complets, indiquant qu’elles ont été abandonnées pendant l’exécution.
Il est difficile de savoir aujourd’hui si Millikan avait l’intention de déformer ses résultats, bien que certains scientifiques aient examiné les données de Millikan et calculé que même s’il avait inclus toutes les gouttes dans son analyse, sa mesure de la charge élémentaire n’aurait pas beaucoup changé du tout.,
Cet article est paru dans le numéro d’août / septembre 2006 D’APS News.