Нобелевские лауреаты: Карл Андерсон. Премия «на позитиве»

О том, какую роль могут сыграть пузырьки и тонкая пластинка из свинца во всей картине мироздания, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Карл Дэвид Андерсон

Родился 3 сентября 1905 года, Нью-Йорк, США

Умер 11 января 1991 года, Сан Марино, Калифорния, США

Нобелевская премия по физике 1936 года (1/2 премии, вторую половину получил Виктор Гесс). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие позитрона» (for his discovery of the positron).

Шведская фамилия нашего героя не обманывает: его родители, отец Карл Дэвид Андерсон (да, так же, как и будущий нобелиат, один в один) и мать Эмма Адольфина Айякссон, были эмигрантами из Швеции. Их сын родился в Нью-Йорке, но потом семья переехала в Калифорнию. Поэтому после школы Карл Дэвид Андерсон поступил в знаменитый Калтех, который и окончил с бакалаврской степенью инженера-физика в 1927 году. И отправился делать свою диссертацию к самому Роберту Милликену, к тому времени уже измерившему заряд электрона и получившему в 1923 году свою Нобелевскую премию по физике.

В 1930 году Андерсон блестяще защитил докторскую диссертацию о пространственном распределении электронов, выбиваемых из газов рентгеновскими лучами, и Милликен взял его к себе. И уже через год великий физик доверил своему 26-летнему сотруднику рутину работы по изучению космических лучей, тем самым отдав в его руки будущую Нобелевскую премию.

Один из ключевых шагов к Нобелевской премии Карла Андерсона сделал наш соотечественник, будущий академик Дмитрий Скобельцын. В 1927 году (том самом, в котором Карл начал свою аспирантскую работу у Милликена) он первым приспособил камеру Вильсона для изучения космических лучей и получил треки частиц в ней (именно с упоминания этого факта 12 декабря 1936 года начнет свою нобелевскую лекцию Андерсон).

После демонстрации фотографии, весной 1930 года, «поднявший» знамя изучения космических лучей Милликен вместе со своим учеником Андерсоном сконструировал «прибор на основе пузырьковой камеры, приспособленный для изучения космических лучей, в частности для измерения энергии космических частиц с помощью искривления их траекторий в сильном магнитном поле. Камера, имеющая размеры 17х17х3 сантиметра, была расположена вертикально и помещена внутрь сильного электромагнита, способного создавать однородное магнитное поле с интенсивностью 24000 Гс» (цитируем по нобелевской лекции нашего героя).

Второго августа 1932 года в камере Вильсона был обнаружен необычный трек. По отклонению траектории было понятно, что это носитель единичного положительного заряда. Хотя еще в 1928 году Поль Дирак предсказывал существование античастиц, поначалу все думали о старом добром протоне. Но у протона должен был быть гораздо больший ионизационный потенциал. Чего не наблюдалось: по всему выходило, что масса необычной частицы примерно равна массе электрона.

Однако оставалась еще ненулевая вероятность того, что (снова процитируем нобелевскую лекцию) «частицы, которые казались положительно заряженными и летели по направлению внутрь земли, в действительности являются отрицательно заряженными электронами, которые ввиду рассеяния претерпели изменение направления движения и летят в сторону от земли».

Для того чтобы отмести и эту возможность, Андерсон придумал очень изящный эксперимент: поместил в камеру параллельно Земле шестимиллиметровую свинцовую пластинку. Теперь частица, проходя сквозь нее, должна была уменьшить свою энергию и изменить соответственно кривизну траектории. Ничего не осталось сделать, как признать, что из космоса к нам прилетают «положительно заряженные электроны». Этапная статья «Позитивный электрон» Андерсона вышла 15 марта 1933 года в Physical Review (слово «позитрон» в ней тоже было). Впрочем, объявление о первой античастице Карл сделал еще в сентябре в коротком сообщении в Science. Позже ученый подтвердил свои результаты на Земле, облучая мощным источником гамма-излучения (сам Андерсон называл его ThC'', сейчас мы знаем, что это был изотоп ²⁰⁸Tl) другие вещества, рождая в них электрон-позитронные пары.

Разумеется, когда в 1936 году Нобелевскую премию по физике вручили за работы, посвященные космическим лучам, премию было логично разделить между двумя физиками с двумя различными формулировками: Гессу — за открытие космических лучей, а Андерсону — за открытие в них позитрона (у Милликена к тому времени «Нобелевка» уже была). Тем более что в том самом 1936 году наш герой вместе со своим студентом-дипломником Сидом Нидермейером открыли мюон, который тяжелее в 207 раз электрона. Более того, они даже подумали поначалу, что они открыли частицу — переносчик сильного взаимодействия, пион Хидеки Юкавы, но ошиблись. Любопытно, что мюон в атмосферном ливне, вызванном космическими частицами, образуется именно из пиона. Но тогда Андерсон этого, конечно, не мог знать.

На торжественной церемонии вручения Нобелевских премий обязательная часть — презентационная речь, которую произносит кто-то из Нобелевского комитета. Ханс Плейель, член Шведской королевской академии наук, сказал, обращаясь к Андерсону: «Используя остроумные приборы, вам удалось найти один из строительных кирпичей Вселенной — положительный электрон».

Карл Андерсон получил Нобелевскую премию совсем юным — всего в 31 год. Кстати, за открытие мюона его и Нидермейера тоже достаточно часто номинировали на Нобелевку в 1940-х годах — и учитель Майкельсон, и коллега по первой премии Виктор Гесс… Не дали. Видимо, к тому времени уже возникло мнение, которое сформулировал в своей Нобелевской лекции Уиллис Лэмб: «Сначала за открытие новых частиц давали "Нобелевку", а теперь за них будут давать штраф в 10 000 долларов». Как дать премию за частицу, которая не вписывается в стандартные физические схемы?

Впрочем, Андерсон не сильно расстраивался. Он много и плодотворно работал почти до конца своей долгой (85 лет) жизни, занимаясь то созданием ракет для военных во время Второй мировой войны, то снова — и почти треть века — элементарными частицами и космическими лучами. Счастливая, долгая и заслуженная жизнь, уже в начале увенчанная высшей наградой!

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.