Millikani õlitilga katse ja elementaarlaeng

Millikani seadeldis oli põhijoontes lihtne: pihusta peen õlipilv kambrisse kahe horisontaalse kondensaatoriplaadi vahele, laske mõnel tilgal moodustumise käigus juhuslikku laengut koguda, ja vaatle üht tilka mikroskoobi läbi. Kui väli puudub, tõmbab raskusjõud üksi tilka allapoole, ja selle piirkiirus õhus paljastab tema massi. Lülita plaatide vahele väli sisse ja reguleeri selle tugevust, kuni tilk jääb täiesti liikumatuks — täpselt selles punktis tühistab üles suunatud elektrijõud täpselt allasuunatud raskusjõu, qE = W, mistõttu tilga laengu saab otse välja lugeda: q = W/E. Tilk ei ole liikumatu, sest sellega ei toimu midagi; ta on liikumatu, sest kaks tegelikku jõudu on täpselt tasakaalustatud.

Millikan teostas seda tilga järel tilka, ja iga üksik mõõdetud laeng — olenemata tilgast ja sellest, kuidas see pihustamise ajal juhuslikult laengu sai — osutus ühe ja sama väiksema väärtuse täisarvuliseks kordseks, ligikaudu 1,6 × 10⁻¹⁹ kulonit. See tulemus oli tegelik avastus, mitte üksnes ühe arvu mõõtmine: elektrilaeng ei ole pidev suurus, mis võib võtta suvalise väärtuse, nagu näiliselt mass või pikkus. Ta koosneb jagamatutest ühikutest, mida hiljem mõistetakse üksiku elektroni (või prootoni) laenguna, ja mitte kunagi ei täheldata midagi vahepealset.

Tasub olla täpne selle tasakaalutingimuse sisemise füüsika suuna kohta. Suurema laenguga tilk tunneb samast väljast suuremat tõuget, mistõttu vajab ta sama kaalu tasakaalustamiseks väiksemat välja, mitte suuremat. Just seda kasutas Millikan: ioniseerides katse käigus kergelt tilga ümbritsevat õhku ning jälgides, kuidas tilga laeng (ja seega tasakaalustav väli) hüppab iga korra kindla koguse võrra, sai ta kvantiseerimist otse jälgida, üks diskreetne astme kaupa.