Biographie

Le découvreur de l'antimatière, physicien nucléaire Carl Anderson

Le découvreur de l'antimatière, physicien nucléaire Carl Anderson

Carl Anderson est né en 1905 de parents immigrés suédois. Il a poursuivi un diplôme en génie à Caltech, obtenant son diplôme en 1927. En 1930, il avait obtenu un doctorat. en physique sous la direction de Robert A. Millikan.

Millian avait reçu le prix Nobel de physique 1923 pour sa mesure des charges électriques portées par le proton et l'électron. Cette "charge élémentaire" est considérée comme une constante physique fondamentale.

Millikan a également été l'un des découvreurs de l'effet photoélectrique, pour lequel Albert Einstein a reçu le prix Nobel de physique en 1922.

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Rayons cosmiques

En 1932, en tant que postdoctorant, Anderson a commencé à étudier les rayons cosmiques qui sont des protons de haute énergie et des noyaux atomiques (protons et neutrons) qui voyagent dans l'espace à presque la vitesse de la lumière.

Les rayons cosmiques proviennent de notre soleil, en dehors du système solaire, dans des galaxies éloignées et dans des explosions de supernovae. Leur existence a été découverte pour la première fois en 1912 grâce à des expériences de ballon.

99% des rayons cosmiques sont les noyaux d'atomes qui ont été dépouillés de leurs couches électroniques, et 1% sont des électrons. Des noyaux, 90% sont des protons, ou simplement des atomes d'hydrogène, 9% sont des particules alpha, identiques aux noyaux d'hélium, et 1% sont les noyaux d'éléments plus lourds.

Cependant, une très petite fraction des rayons cosmiques est quelque chose qui en 1932 n'avait jamais été vu auparavant - des particules de antimatière, tel que positrons ou antiprotons.

La chambre à brouillard

Anderson a pu voir les rayons cosmiques dans ce qui est finalement devenu connu sous le nom de chambre de nuage Anderson. C'est un environnement scellé qui contient une vapeur sursaturée d'eau ou d'alcool. Lorsqu'une particule chargée d'un rayon cosmique traverse la chambre à brouillard, elle élimine les électrons des molécules de gaz à l'intérieur, ce qui crée une traînée de particules de gaz ionisées.

Une traînée semblable à une brume apparaît le long de la trace du rayon cosmique qui persiste pendant plusieurs secondes. Les traces des particules alpha sont droites et épaisses, tandis que la trace des électrons est vaporeuse et incurvée.

Anderson a commencé à photographier les traces de rayons cosmiques, et sur une de ces photos, une trace incurvée est apparue. Anderson s'est rendu compte que la piste ne pouvait avoir été faite que par une particule qui a la même masse qu'un électron, mais une charge opposée ou positive. Anderson a appelé cette nouvelle particule un positron.

Une particule "zoo"

Le positron a été la première antiparticule identifiée. Les antiparticules avaient été proposés pour la première fois en 1928 par le physicien théoricien anglais Paul Dirac. Il a proposé que chaque particule atomique ait une antiparticule qui partage la même masse, mais a la charge électrique opposée et d'autres différences quantiques. Pour sa découverte, Dirac a reçu le prix Noel de physique en 1933 avec Erwin Schrodinger.

Suite à sa découverte du positron, en 1936, Anderson découvrit une autre particule chargée dans les rayons cosmiques. Cette nouvelle particule avait une masse un dixième celui d'un proton et 207 fois la masse d'un électron. Il était chargé négativement et avait un spin 1/2, le même qu'un électron. Anderson a appelé cette nouvelle particule un "mésotron", mais elle est rapidement devenue connue sous le nom de méson.

Au début, on pensait que cette nouvelle particule était un pion, qui avait été prédit par Hideki Yukawa deux ans plus tôt dans sa théorie de l'interaction forte.

Lorsqu'il est devenu clair que la nouvelle particule d'Anderson n'était pas le pion, le physicien I.I. Rabi a demandé: "Qui a ordonné cela?" Finalement, le méson d'Anderson a été considéré comme un méson mu, également connu sous le nom de muon, et le méson de Yukawa est devenu le méson pi, également connu sous le nom de pion.

La découverte d'Anderson a été la première d'une longue liste de particules subatomiques nouvellement découvertes qui sont devenues connues sous le nom de «zoo de particules». Cela était dû à l'incapacité des physiciens à les catégoriser dans un schéma cohérent. Ce n'est qu'à la découverte de quarks à la fin des années 1960, le modèle standard de physique des particules a commencé à émerger. Aujourd'hui, nous savons que toute matière est composée de quarks, de bosons et de leptons.

Carl Anderson a passé toute sa carrière à Caltech et pendant la Seconde Guerre mondiale, il y a mené des recherches sur les fusées. Anderson est décédé en 1991.


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