Landmarks: První antičástice

Lawrence Berkeley National Laboratory

Lawrence Berkeley National Laboratory

×

APS zpřístupnil celý archiv časopisu Physical Review online, a to až do roku 1893. Ve Focus Landmarks jsou uvedeny důležité články z archivu.

Objev kladného elektronu neboli pozitronu z roku 1932 byl dokonalým příkladem pozoruhodného experimentálního objevu, který těsně navazoval na pozoruhodnou teoretickou předpověď – až na to, že experimentátor o teorii nevěděl a na novou částici narazil náhodou. Brzy po zveřejnění svých výsledků v časopise Physical Review se však o předpovědi dozvěděl od jiných pracovníků v oboru. Objev pozitronu, který následoval po identifikaci neutronu v témže roce, znamenal začátek desetiletí trvající éry, kdy pozorování nových subatomárních částic přicházela rychle a houstla.

V roce 1930 začal Carl Anderson z Kalifornského technologického institutu v Pasadeně studovat kosmické záření, vysokoenergetické částice tehdy neznámého složení, které padaly na Zemi. Použil k tomu obláčkovou komoru, v níž se stopy částic jeví jako řetězce drobných kapiček v přesycené vodní páře. Když se komora nastaví do magnetického pole, dráha každé částice se zakřiví podle jejího náboje a energie. Anderson zaznamenal četné stopy, které mohly být vytvořeny buď záporně nabitými částicemi jdoucími jedním směrem, nebo kladně nabitými částicemi jdoucími opačným směrem.

Aby Anderson tyto dvě možnosti rozlišil, umístil napříč středem své oblačné komory olověnou desku o tloušťce 6 milimetrů. Každá částice procházející deskou by ztratila energii, čímž by se její dráha na druhé straně ostřeji zakřivila a odhalil by se směr jejího pohybu. Na celkem 1300 fotografiích z mrakové komory našel Anderson 15 stop, které odpovídaly kladně nabitým částicím. Uvědomil si však, že to nemohou být protony, protože protony se správnou energií, která by způsobila pozorované zakřivení stop, by se srážkami po několika milimetrech zpomalily, zatímco stopy, které viděl, byly dlouhé centimetry.

Anderson svůj objev „snadno vychýlitelných kladných částic“ krátce oznámil v časopise Science a následoval celý článek ve Physical Review, který pečlivě analyzoval rovnováhu mezi hmotností a rychlostí částic a jejich ztrátou energie podél stop. Anderson tvrdil, že částice nesou jednu kladnou jednotku náboje a jejich hmotnost není větší než dvacetinásobek hmotnosti elektronu. Přeskočil k závěru, že tyto částice jsou pravděpodobně kladné elektrony neboli „pozitrony“, a na návrh redaktora časopisu navrhl, že byly vyvrženy z jader blízkých atomů při dopadech kosmického záření.

Anderson věděl, že Paul Dirac z Cambridgeské univerzity vypracoval relativistickou kvantově mechanickou rovnici pro elektron. Zřejmě však nevěděl, že Dirac v roce 1931 použil svou teorii k předpovědi existence částice identické s elektronem, jen s tím rozdílem, že má opačný náboj. Když se Patrick Blackett a Giuseppe Occhialini, rovněž z Cambridge, dozvěděli o Andersonově objevu, provedli experimenty v obláčkové komoře, při nichž pozorovali současnou produkci kladných a záporných elektronových párů při srážkách kosmického záření . Své výsledky oznámili jako přímý důkaz Diracovy předpovězené antičástice, s čímž Anderson rychle souhlasil.

Historik Helge Kragh z Aarhuské univerzity v Dánsku naznačuje, že Andersonova počáteční interpretace jeho výsledků byla silně ovlivněna názory jeho mentora na Caltechu, Roberta A. Millikana, který byl průkopníkem mnoha výzkumů kosmického záření, ale zůstával nedůvěřivý ke špičkové kvantové teorii. Přestože rychlé potvrzení Diracovy předpovědi bylo pro teorii důležitým impulsem, Anderson vždy trval na tom, že „objev pozitronu byl zcela náhodný“ .

-David Lindley

David Lindley je nezávislý vědecký spisovatel v Alexandrii ve Virginii.

1. Carl D. Anderson, Science 76, 238 (1932)
2. P.M.S. Blackett a G.P.S. Occhialini, Proc. Roy. Soc. A 139, 699 (1933)
3. Anderson citován A. Paisem, Inward Bound, Oxford University Press, str. 352 (1986)

Oblasti zájmu

Další články