Carl David Anderson

1.1. Kelahiran dan Latar Belakang Keluarga

Anderson dilahirkan pada 3 September 1905 di New York City, Amerika Syarikat. Beliau merupakan anak kepada pendatang Sweden, Carl David Anderson dan Emma Adolfina Ajaxson.

1.2. Pendidikan

Beliau melanjutkan pengajian dalam bidang fizik dan kejuruteraan di Institut Teknologi California (Caltech), di mana beliau memperoleh Sarjana Muda Sains (B.S.) pada tahun 1927 dan Doktor Falsafah (Ph.D.) pada tahun 1930. Tesis kedoktorannya adalah mengenai pengagihan spatial elektron yang dipancarkan daripada gas oleh sinar-X, yang kemudiannya diterbitkan dalam jurnal Physical Review. Penyelia kedoktorannya ialah Robert A. Millikan, seorang penerima Hadiah Nobel.

2.1. Penyelidikan Sinar Kosmik

Di bawah bimbingan Robert A. Millikan, Anderson memulakan penyelidikan mendalam mengenai sinar kosmik. Dalam kajian ini, beliau menggunakan kebuk awan untuk mengambil gambar jejak zarah, yang membawa kepada pemerhatian yang tidak dijangka.

2.2. Penemuan Positron

Pada tahun 1932, Anderson membuat penemuan yang revolusioner apabila beliau memerhatikan jejak zarah yang tidak dijangka dalam gambar kebuk awannya. Beliau dengan tepat mentafsirkan jejak ini sebagai dicipta oleh zarah yang mempunyai jisim yang sama dengan elektron, tetapi dengan cas elektrik yang bertentangan. Penemuan ini, yang diumumkan pada tahun 1932 dan kemudian disahkan oleh saintis lain, mengesahkan ramalan teori Paul Dirac mengenai kewujudan positron (juga dikenali sebagai anti-elektron).

Anderson pada mulanya mengesan zarah-zarah ini dalam sinar kosmik. Beliau kemudian menghasilkan bukti yang lebih meyakinkan dengan menembak sinar gamma yang dihasilkan oleh nuklid radioaktif semula jadi ThC'' (²⁰⁸Tl) ke dalam bahan lain, yang menghasilkan penciptaan pasangan positron-elektron. Untuk kerja ini, Anderson berkongsi Hadiah Nobel dalam Fizik 1936 dengan Victor Francis Hess. Lima puluh tahun kemudian, Anderson mengakui bahawa penemuannya diilhamkan oleh kerja rakan sekelasnya di Caltech, Chung-Yao Chao, yang penyelidikannya membentuk asas bagi banyak kerja Anderson tetapi tidak dikreditkan pada masa itu.

2.3. Penemuan Muon

Pada tahun 1936, Anderson dan pelajar siswazah pertamanya, Seth Neddermeyer, menemui muon (atau 'mu-meson', seperti yang dikenali selama bertahun-tahun), zarah subatomik yang 207 kali ganda lebih besar daripada elektron, tetapi dengan cas elektrik negatif dan spin 1/2 yang sama seperti elektron, juga dalam sinar kosmik. Anderson dan Neddermeyer pada mulanya percaya bahawa mereka telah melihat pion, zarah yang telah dihipotesiskan oleh Hideki Yukawa dalam teorinya mengenai interaksi kuat.

Apabila menjadi jelas bahawa apa yang dilihat oleh Anderson bukan pion, ahli fizik Isidor Isaac Rabi, yang keliru bagaimana penemuan yang tidak dijangka ini boleh sesuai dengan mana-mana skema logik fizik zarah, dengan sinis bertanya "Siapa yang menempah itu?" (kadang-kadang ceritanya mengatakan bahawa beliau sedang makan malam dengan rakan-rakan di sebuah restoran Cina pada masa itu). Muon adalah yang pertama daripada senarai panjang zarah subatomik yang penemuannya pada mulanya membingungkan ahli teori yang tidak dapat membuat "zoo" yang mengelirukan itu sesuai dengan skema konseptual yang kemas. Willis Lamb, dalam Syarahan Hadiah Nobelnya pada tahun 1955, bergurau bahawa beliau pernah mendengar bahawa "penemu zarah asas baru dahulu diberi ganjaran Hadiah Nobel, tetapi penemuan sedemikian kini harus dihukum dengan denda 10.00 K USD." Penemuan muon memerlukan penjelasan melalui peraturan baru dalam fizik zarah, seperti Peraturan Nakanishi-Nishijima-Gell-Mann.

2.4. Konteks Saintifik dan Penilaian

Penemuan-penemuan Carl David Anderson berlaku dalam persekitaran saintifik yang dinamik pada awal abad ke-20, di mana fizik zarah sedang berkembang pesat. Pengaruh penyelidikan Chung-Yao Chao di Caltech, walaupun tidak dikreditkan pada awalnya, adalah asas kepada penemuan positron. Reaksi daripada ahli fizik terkemuka seperti Isidor Isaac Rabi dan Willis Lamb terhadap penemuan muon menunjukkan kejutan dan kekeliruan dalam komuniti saintifik pada masa itu, kerana zarah baru itu tidak sesuai dengan model zarah yang sedia ada. Ini mendorong kepada pembangunan teori-teori baru dan pemahaman yang lebih mendalam tentang alam semesta, seperti konsep kuark dan Model Piawai fizik zarah.