Biografie

De ontdekker van antimaterie, nucleair fysicus Carl Anderson

De ontdekker van antimaterie, nucleair fysicus Carl Anderson

Carl Anderson werd in 1905 geboren uit Zweedse immigrantenouders. Hij behaalde een ingenieursdiploma aan Caltech en studeerde af in 1927. In 1930 had hij een Ph.D. in de natuurkunde onder toezicht van Robert A. Millikan.

Millian had de Nobelprijs voor natuurkunde in 1923 ontvangen voor zijn meting van de elektrische ladingen die door het proton en het elektron worden gedragen. Deze "elementaire lading" wordt beschouwd als een fundamentele fysische constante.

Millikan was ook een van de ontdekkers van het foto-elektrische effect, waarvoor Albert Einstein in 1922 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving.

ZIE OOK: NEUTRINOS SLEUTEL OM TE BEGRIJPEN WAAROM HET UNIVERSUM ZOVEEL MEER BELANGRIJK IS DAN ANTIMATTER

Kosmische stralen

In 1932 begon Anderson als postdoc kosmische straling te onderzoeken, dit zijn hoogenergetische protonen en atoomkernen (protonen en neutronen) die met bijna de lichtsnelheid door de ruimte reizen.

Kosmische straling vindt zijn oorsprong in onze zon, buiten het zonnestelsel, in verre melkwegstelsels en in supernova-explosies. Hun bestaan ​​werd voor het eerst ontdekt in 1912 door middel van ballonexperimenten.

99% van kosmische straling zijn de atoomkernen die zijn ontdaan van hun elektronenschillen, en 1% zijn elektronen. Van de kernen, 90% zijn protonen, of gewoon waterstofatomen, 9% zijn alfadeeltjes, die identiek zijn aan de kernen van helium, en 1% zijn de kernen van zwaardere elementen.

Een heel klein deel van de kosmische straling is echter iets dat in 1932 nog nooit eerder was gezien - deeltjes van antimaterie, zoals positronen of antiprotonen.

De wolkenkamer

Anderson was in staat kosmische straling te zien in wat uiteindelijk bekend werd als een Anderson Cloud Chamber. Het is een afgesloten omgeving die een oververzadigde damp van water of alcohol bevat. Wanneer een geladen deeltje van een kosmische straal door de wolkenkamer stroomt, slaat het elektronen af ​​van de gasmoleculen binnenin, en dit creëert een spoor van geïoniseerde gasdeeltjes.

Een mistachtig spoor verschijnt langs het spoor van de kosmische straling dat enkele seconden aanhoudt. De sporen van alfadeeltjes zijn recht en dik, terwijl het spoor van elektronen piekerig en gebogen is.

Anderson begon de sporen van kosmische straling te fotograferen en op een van die foto's verscheen een gebogen spoor. Anderson realiseerde zich dat het spoor alleen gemaakt kon zijn door een deeltje met dezelfde massa als een elektron, maar een tegengestelde of positieve lading. Anderson noemde dit nieuwe deeltje een positron.

Een deeltje "dierentuin"

De positron was het eerste geïdentificeerde antideeltje. Antideeltjes werden voor het eerst voorgesteld in 1928 door de Engelse theoretisch natuurkundige Paul Dirac. Hij stelde voor dat elk atoomdeeltje een antideeltje heeft dat dezelfde massa deelt, maar de tegenovergestelde elektrische lading en andere kwantumverschillen heeft. Voor zijn ontdekking ontving Dirac in 1933 samen met Erwin Schrodinger de Noel Prize in Physics.

Na zijn ontdekking van de positron, in 1936, ontdekte Anderson een ander geladen deeltje in kosmische straling. Dit nieuwe deeltje had een massa een tiende dat van een proton en 207 keer de massa van een elektron. Het was negatief geladen en had 1/2 spin, hetzelfde als een elektron. Anderson noemde dit nieuwe deeltje een "mesotron", maar het werd al snel bekend als een meson.

Aanvankelijk dacht men dat dit nieuwe deeltje een pion, die was voorspeld door Hideki Yukawa twee jaar eerder in zijn theorie van de sterke interactie.

Toen duidelijk werd dat Anderson's nieuwe deeltje niet de pionier was, kreeg de natuurkundige I.I. Rabi vroeg beroemd: 'Wie heeft dat besteld?' Uiteindelijk werd Anderson's meson beschouwd als een mu meson, ook wel bekend als een muon, en Yukawa's meson werd de pi meson, ook wel bekend als de pion.

Anderson's ontdekking was de eerste van een lange lijst van nieuw ontdekte subatomaire deeltjes die bekend werden als de "deeltjes dierentuin". Dit was te wijten aan het onvermogen van natuurkundigen om ze in een samenhangend schema te categoriseren. Het was pas de ontdekking van quarks eind jaren zestig begon het standaardmodel van de deeltjesfysica te verschijnen. Tegenwoordig weten we dat alle materie bestaat uit quarks, bosonen en leptonen.

Carl Anderson bracht zijn hele carrière door bij Caltech, en tijdens de Tweede Wereldoorlog deed hij daar raketonderzoek. Anderson stierf in 1991.


Bekijk de video: Antimatter Propulsion - Ryan Weed, CEO of Positron Dynamics (September 2021).