Карл Андерсон

Биография

Американский физик Карл Дейвид Андерсон родился в Нью-Йорке и был единственным сыном Эммы Адольфины (в девичестве Айякссон) и Карла Дейвида Андерсона. После того как семья переехала в Калифорнию, он посещал лос-анджелесскую среднюю школу, окончил се в 1924 г. и поступил в Калифорнийский технологический институт (Калтех), расположенный в окрестностях Пасадены.

Получив в Калтехе степень бакалавра по физике и инженерному делу в 1927 г., А. начал аспирантскую работу по физике под руководством Роберта Э. Милликена. В 1930 г. он блестяще защитил докторскую диссертацию о пространственном распределении электронов, выбиваемых из газов рентгеновскими лучами. Затем А. продолжал работать научным сотрудником у Милликена, который посоветовал ему заняться изучением космического излучения (электромагнитное излучение и атомные частицы от внеземных источников). Через год Милликен решил доверить А. повседневное осуществление проекта по идентификации и измерению энергии различных типов космического излучения, и совместно они разработали более эффективный вариант конденсационной камеры, созданной еще Ч.Т.Р. Вильсоном и предназначенной для обнаружения заряженных частиц. Конденсационная камера представляет собой замкнутый сосуд, заполненный газом (обычно – воздухом), который перенасыщен водяным паром; сосуд помещен между полюсами электромагнита. Когда заряженные частицы проходят сквозь сосуд, они ионизируют на своем пути молекулы газа, и последние играют роль центров конденсации водяного пара. Каждый тип частиц оставляет характерный конденсационный след, который можно сфотографировать, причем положительно заряженные и отрицательно заряженные частицы отклоняются в противоположных направлениях.

Изучая тысячи фотографий конденсационных треков, оставленных высокоэнергетическими частицами, летящими из внеземного пространства, А. заметил несколько следов, которые отличались от следов электронов только одним: они отклонялись в противоположном направлении. Другие исследователи тоже замечали время от времени подобные следы, но, поскольку теоретическое обоснование для существования положительно заряженной похожей на электрон частицы отсутствовало, они относили их за счет погрешностей эксперимента, Однако в 1928 г. П.А.М. Дирак предсказал существование целого семейства античастиц – частиц, соответствующих известным, но с противоположным зарядом и магнитным моментом. Поначалу физики скептически отнеслись к этому предсказанию, и А. не искал античастицы до тех пор, пока не заметил странные треки. Открытие, за которое он получил Нобелевскую премию, говорил он позднее, было совершенно случайным. Тем не менее, вместо того чтобы отмахнуться от обнаруженного факта, он попытался определить, не являются ли эти треки следами гипотетических «антиэлектронов». Экспериментально устранив все другие возможные объяснения, А. пришел к выводу, что его наблюдения можно объяснить, только признав существование положительно заряженной частицы с массой, приблизительно равной массе электрона. В сентябре 1932 г. он объявил об открытии частицы, которую назвал позитроном.

Открытие А. подтвердило существование антиматерии и привело к интенсивным исследованиям взаимодействий материи с антиматерией, А. и другие обнаружили, что, когда электрон встречается с позитроном, оба аннигилируют, порождая вспышку гамма-лучей (высокоэнергетическое электромагнитное излучение). И наоборот, если гамма-лучи достаточно высокой энергии остановить, то они исчезают, оставляя вместо себя вновь созданную пару электрон – позитрон. Эти переходы служат выразительным подтверждением эквивалентности массы и энергии, выраженной в формуле Альберта Эйнштейна E = mc2. Другие античастицы (антипротоны и антинейтроны) не были найдены вплоть до 50-х гг., но к тому времени физики были убеждены, что у каждой частицы есть своя античастица. Античастицы, достигающие земли с космическими лучами или созданные из гамма-лучей в лаборатории, быстро уничтожаются при взаимодействии с обычными частицами. Однако физики склонны считать, что где-то могут быть галактики, состоящие из антиматерии, в которой атомные ядра содержат антипротоны и окружены позитронами, давая тем самым обратное соотношение между зарядами по сравнению с нашими «местными» атомами.

«За открытие позитрона» А. получил в 1936 г. Нобелевскую премию по физике. Он разделил ее с Виктором Ф. Гессом, который открыл космические лучи в 1912 г., и доказал их внеземное происхождение. При презентации лауреата Ханс Плейель, член Шведской королевской академии наук, сказал, обращаясь к Андерсону: «Используя остроумные приборы, вам удалось найти один из строительных кирпичей Вселенной – положительный электрон».

А. был назначен ассистент-профессором физики в Калтехе в 1933 г., адъюнкт-профессором в 1937 г. и полным профессором в 1939 г. Через два года после того, как он открыл позитрон, ему вместе с С. Неддермайером удалось обнаружить еще одну ранее не встречавшуюся частицу в космических лучах, Но они ждали до 1937 г., терпеливо собирая дополнительные свидетельства по фотографиям треков, прежде чем объявили об открытии частицы, ныне известной как мюон. Масса этой частицы была приблизительно в 200 раз больше, чем у электрона.

В течение второй мировой войны А. работал над военными проектами, включая проекты создания ракет, для Национального комитета по оборонным исследованиям и Управления научных исследований и развития, В 1944 г. он провел месяц на побережье в Нормандии, чтобы наблюдать за функционированием авиационных ракет в боевых условиях. После войны А. вернулся в Калтех, где вел преподавательскую и научно-исследовательскую работу, особенно в области космических лучей и элементарных частиц, вплоть до своего ухода в отставку в 1976 г.

А. женился на Лоррей Эльвире Бергман в 1946 г.; они воспитали двух сыновей. В свободное время он любит играть в теннис.

Помимо Нобелевской премии, А. получил множество наград и почетных степеней. включая медаль Эллиота Крессона Франклиновского института (1937) и медаль Джона Эриксона Американского общества шведских инженеров (1960). Он обладатель почетных ученых степеней университетов Колгейта и Темпля. А. является членом американской Национальной академии наук, Американской академии наук и искусств. Американского физического общества и Американского философского общества.