Einige Lebensdaten

Carl David Anderson jun. hatte die besondere Ehre und das Vergnügen, als erster Mensch mit Antimaterie zu tun zu haben. Außer physikalischer Grundlagenforschung interessierten ihn Expeditionen ans Ende der Welt und Raketentechnik.
Bild: Courtesy of the Archives, California Institute of Technology.

Carl David Anderson wurde am 3. September 1905 in New York City geboren. Sein Vater, Carl David Anderson senior, war schwedischer Immigrant und lebte seit 1896 in den Vereinigten Staaten. Als Carl David Anderson jun. sieben Jahre alt war, zog seine Familie nach Los Angeles, wo Anderson seine Schulbildung erhielt und im Jahre 1923 sein Studium am California Institute of Technology (CalTech) begann.

Anderson war, wie auch Viktor Hess, ein hervorragender Student. Zunächst interessierte er sich vor allem für Elektrotechnik, wechselte aber bald zur Physik. Während seines Studiums erhielt er eine besondere Auszeichnung: die Universität bezahlte den zwei besten Studenten eines Jahrganges eine halbjährige Reise nach Europa, damit sie ihren Horizont etwas erweitern konnten. Anderson gehörte einmal zu den glücklichen, die diesen Preis für sich gewinnen konnten.

1927 erhielt Anderson sein Diplom. 1930 promovierte er summa cum laude zum Doktor der Physik.

Nach solchermaßen abgeschlossener Ausbildung bemühte sich Anderson um eine Anstellung bei Arthur Holly Compton in Chicago. Millikan, der sich selbst für diese Anstellung eingesetzt hatte, hielt Anderson quasi in letzter Minute zurück und forderte ihn auf, in seinem Auftrag einige Experimente durchzuführen, die mit der Kosmischen Strahlung in Zusammenhang standen. Seit den frühen Dreißigern interessierte sich Millikan vermehrt für die Kosmische Strahlung, vor allem für ihre Zusammensetzung und ihr Energiespektrum (Millikan hielt die Kosmische Strahlung für eine reine Photonenstrahlung).

Daher richtete Millikan drei Forschungsgruppen am CalTech ein, die die Kosmische Strahlung mit damaligen state of the art Methoden untersuchen sollten. Die Instrumente der verschiedenen Gruppen waren

• Elektrometer
• Geiger-Müller-Zählrohre
• Die Wilson’sche Nebelkammer

Anderson bildete das Team, das die Kosmische Strahlung mit Hilfe der Wilson’schen Nebelkammer untersuchen sollte.

Die Entdeckung des Positrons war nicht geplant sondern reiner Zufall. Der Initiator des Experimentes, R.A. Millikan, war gleichermaßen wie der Durchführende, Carl David Anderson, von den seltsamen Spuren überrascht, die die Kosmische Strahlung in der Nebelkammer hinterließ. So dauerte es auch eine Weile, bis sich Anderson und Millikan darauf einigen konnten, tatsächlich ein neues Elementarteilchen entdeckt zu haben.
Bild: Courtesy of the Archives, California Institute of Technology.

Diese haarfeine weiße Spur, die sich auf dieser Photographie von links unten nach links oben krümmt, hat ein Positron gezogen, als es vor Jahrzehnten durch die Nebelkammer von Carl David Anderson jun. flog. Von unten her kommend hat es die Bleiplatte durchdrungen, die in der Mitte der Nebelkammer angebracht war. Dabei hat es einiges an Energie verloren, weshalb der obere Abschnitt der Teilchenbahn stärker gekrümmt ist.
Bild: Courtesy of the Archives, California Institute of Technology.

Zunächst nahm Anderson einige dringende Verbesserungen an der Wilson’schen Nebelkammer vor:

• Er ließ den Expansionskolben in ein Vakuum expandieren. Dadurch konnte seine Nebelkammer außergewöhnlich rasch für den benötigten Druckabfall sorgen.
• Statt reinen Wasserdampfes verwendete er ein Gemisch aus Wasserdampf und Alkohol.

Als Lohn für seine Mühen erhielt er mit seiner Nebelkammern Photographien von einer Qualität, die die anderer Nebelkammer-Experimentatoren bei weitem übertraf. Was Anderson trotzdem stets Schwierigkeiten machte, war, den Strom für seinen selbstgebauten Magneten aufzutreiben, der innerhalb der Wilson’schen Nebelkammer für einen Magnetischen Fluss von 25 000 Gauss (2.5 Tesla) sorgte.

Die ersten Photographien, die Anderson mit seiner Wilson’schen Nebelkammer schoss, sorgten für einige Überraschung. Die Kosmische Strahlung erzeugte ganze Schauer von positiv und negativ geladenen Teilchen. Die Spuren von positiven und negativen Teilchen zeigten aber die gleiche Ionisationsdichte (Anzahl der Tröpfchen auf einer bestimmten Länge der Teilchenspur).

Im Jahre 1936 wurden die beiden Forscher in Kosmischer Strahlung Viktor Franz Hess und Carl David Anderson jun. mit dem Nobelpreis geehrt. Hess erinnerte sich in seinen Memoiren immer gern seiner Freundschaft mit und der großen Leistungen von Anderson.

Da die Teilchen beider Ladungen die gleiche Ionisationsdichte aufwiesen, konnte es sich nicht um Elektronen und Protonen handeln, da Protonen eine sehr viel höhere Ionisationsdichte aufweisen, als Elektronen. Um sicher zu gehen, dass es sich nicht um Elektronen handelt, die von unten in die Nebelkammer gelangten und daher quasi rückwärts flogen, fügte Anderson eine Bleiplatte in die Nebelkammer ein, die es gestatten würde, die Flugrichtung der Teilchen eindeutig festzulegen.

Auf diesem Weg gelang es Anderson zu zeigen, dass er positive Teilchen mit der Masse eines Elektron gefunden hatte, das positive Elektron oder Positron. Witzigerweise bewegte sich das erste Positron, das Andersons Bleiplatte durchdrang, tatsächlich von unten nach oben durch die Nebelkammer.

Positronen haben eine sehr geringe Lebensdauer, die damit endet, dass ein Positron gemeinsam mit einem Elektron in einem kurzen Lichtblitz annihiliert (vernichtet) wird.

Für seine Entdeckung der Antimaterie in Form des Positrons erhielt Anderson im Jahre 1936 den Nobelpreis überreicht, den er gemeinsam mit Viktor Hess entgegennahm. Was die beiden verband war nicht nur, dass ihr gemeinsames Forschungsgebiet die Kosmische Strahlung war, sondern dass beider Entdeckung darauf zurückzuführen war, dass sie Experimente durchführten, die ein anderer vorgeschlagen hatte. Freilich konnte Viktor Hess davon ausgehen, die von Theodor Wulf vorhergesagte außerirdische Strahlung zu finden, während Carl Anderson keine Ahnung hatte, was auf ihn zukam.

Später gelang es Anderson, seine Erfolgsgeschichte fortzusetzen, als er gemeinsam mit Seth Neddermayr, der sich später auf die Konstruktion von Kernwaffen spezialisierte, ein weiteres Elementarteilchen entdeckte, das Myon.

Carl David Anderson erwähnte immer wieder gerne, dass er mit seinen damals 31 Lebensjahren der jüngste Gewinner aller Zeiten des Nobelpreises war. Allerdings hatte schon 21 Jahre vor ihm, 1915, William Lawrende Bragg den Nobelpreis für Physik im zarten Alter von nur 25 Jahren entgegennehmen dürfen. Anderson war also tatsächlich niemals der jüngste Nobelpreisträger aller Zeiten.
Bild: Courtesy of the Archives, California Institute of Technology.