Landmarks: Prima antiparticulă

Lawrence Berkeley National Laboratory

Lawrence Berkeley National Laboratory

APS a pus online întreaga arhivă Physical Review, începând cu 1893. Focus Landmarks prezintă lucrări importante din arhivă.

Descoperirea din 1932 a electronului pozitiv, sau pozitron, a fost exemplul perfect al unei descoperiri experimentale uimitoare care urmează îndeaproape o predicție teoretică remarcabilă – cu excepția faptului că experimentatorul nu cunoștea teoria și a dat peste noua particulă din întâmplare. Însă, la scurt timp după ce și-a publicat rezultatele în Physical Review, a aflat despre predicție de la alte persoane din domeniu. Venind după identificarea neutronului în același an, descoperirea pozitronului a marcat începutul unei ere care a durat zeci de ani, în care aparițiile de noi particule subatomice au fost numeroase și rapide.

În 1930, Carl Anderson de la California Institute of Technology din Pasadena a început să studieze razele cosmice, particule de mare energie, cu o compoziție necunoscută la acea vreme, care se descoperise că plouau pe Pământ. El a folosit o cameră de nori, în care urmele de particule apar ca niște șiruri de picături mici într-un abur suprasaturat. Atunci când camera este plasată într-un câmp magnetic, traiectoria fiecărei particule se curbează în funcție de sarcina și energia particulei. Anderson a înregistrat numeroase urme care ar fi putut fi produse fie de particule încărcate negativ care merg într-o direcție, fie de particule încărcate pozitiv care merg în cealaltă direcție.

Pentru a distinge aceste două posibilități, Anderson a plasat o placă de plumb de 6 milimetri grosime în centrul camerei sale de nor. Orice particulă care trecea prin placă pierdea energie, ceea ce făcea ca urma sa să se curbeze mai accentuat pe partea cealaltă și îi dezvăluia direcția de mișcare. Într-un total de 1300 de fotografii din camera de nori, Anderson a găsit 15 urme care corespundeau unor particule încărcate pozitiv. Dar nu puteau fi protoni, și-a dat seama el, deoarece protonii cu energia potrivită pentru a produce curbura observată a urmelor ar fi încetinit prin coliziuni după câțiva milimetri, în timp ce urmele pe care le-a văzut aveau o lungime de câțiva centimetri.

Anderson a anunțat pe scurt în Science descoperirea sa de „particule pozitive ușor de deviat”, urmând cu o lucrare completă în Physical Review care a analizat cu atenție echilibrul dintre masa și viteza particulelor și pierderea lor de energie de-a lungul urmelor. Anderson a susținut că particulele purtau o unitate de sarcină pozitivă și aveau o masă de cel mult 20 de ori mai mare decât cea a electronului. Sărind la concluzia că aceste particule erau probabil electroni pozitivi, sau „pozitroni”, urmând sugestia editorului revistei, el a propus că acestea au fost ejectate din nucleele atomilor din apropiere prin impactul cu raze cosmice.

Anderson știa că Paul Dirac de la Universitatea Cambridge elaborase o ecuație de mecanică cuantică relativistă pentru electron. Dar se pare că nu știa că în 1931 Dirac își folosise teoria pentru a prezice existența unei particule identice cu electronul, cu excepția faptului că avea sarcina opusă. Aflând de descoperirea lui Anderson, Patrick Blackett și Giuseppe Occhialini, tot de la Cambridge, au efectuat experimente în camera cu nori în care au observat producerea simultană de perechi de electroni pozitivi și negativi în coliziunile cu raze cosmice . Ei au anunțat rezultatele lor ca fiind dovezi directe pentru antiparticula prezisă de Dirac, o concluzie cu care Anderson a fost rapid de acord.

Istoricul Helge Kragh de la Universitatea din Aarhus din Danemarca sugerează că interpretarea inițială a rezultatelor lui Anderson a fost puternic influențată de opiniile mentorului său de la Caltech, Robert A. Millikan, care fusese pionier în multe cercetări privind razele cosmice, dar care a rămas neîncrezător în teoria cuantică de înaltă ținută. Deși confirmarea rapidă a predicției lui Dirac a fost un impuls important pentru teorie, Anderson a insistat întotdeauna asupra faptului că „descoperirea pozitronului a fost în întregime accidentală” .

-David Lindley

David Lindley este scriitor științific independent în Alexandria, Virginia.

1. Carl D. Anderson, Science 76, 238 (1932)
2. P.M.S. Blackett și G.P.S. Occhialini, Proc. Roy. Soc. A 139, 699 (1933)
3. Anderson citat de A. Pais, Inward Bound, Oxford University Press, p. 352 (1986)

Subiecte

Mai multe articole