반입자의 최초 발견:(양전자e+)

반입자의 최초 발견:(양전자e+)

칼앤더슨

수업 중, 안개 상자의 사진에 나타난 예기치 못했던 입자의 자취(track)를 전자와 같은 질량을 갖고 있으나, 정반대의 전하를 갖는 입자라고 정확히 해석해 냈다. 이 발견은 1932년에 발표되었고, 나중에 다른 사람들에 의해서 확인되었다. 또한, 양전자의 존재에 대한 폴 디랙의 이론적 예측에 대한 증명이 되었다.https://ko.wikipedia.org/wiki/칼_데이비드_앤더슨

새로운 입자 관측

앤더슨은 자기장을 걸어준 검판에 새로운 궤적이 생겼음을 확인하였다. 그렇다면 이 입자는 무엇인가?

우선, 로렌츠 힘$F$와 구심력은 다음과 같이 쓸 수 있다.
$$m\frac{v^2}{r}=F=qvB\\[1ex] \frac{q}{m}=\frac{v}{rB}\\$$
여기서 $v$는 속도, $r$은 궤도 반지름으로 측정가능하다(속도는 어떻게 측정했는지 모르겠다. 암튼책에서는 그렇다 함). $B$는 자기장으로 크기와 방향을 알고 있다. 따라서 이를 통해 $\frac{q}{m}$의 값을 알 수 있었다. 당시 앤더슨의 스승은 밀리컨이었다. 전하량과 질량의 비는 잘 알고 있었고 측정된 $\frac{q}{m}$값이 전하의 것과 동일하다는 것을 알게 된다. 그렇다면 이 입자의 부호는 무엇인가?

부호를 확인하기 위해서는 입자의 경로를 알아야 한다. 검판은 궤적은 보여주지만 입사방향과 탈출방향을 알려주지는 않는다.
그래서 앤더슨은 검판 가운데 쇠막대를 둔다. 입자는 쇠막대와 충돌후 운동에너지를 잃어버리고 속력이 감소할 것이다. 속력과 반지름의 관계는
$$r=\frac{mv}{qB}\\$$
이다. 즉, r $\varpropto v$이므로 탈출 방향의 궤적은 금속 막대와 충돌하기 전 보다 더 작은 반지름을 가질 것이다.

즉, 검판에서 위쪽 궤적의 반지름이 더 작으므로 입자의 이동방향이 아래에서 위임을 알 수 있다.

이를 통해 중심방향 힘 $F$와 $\vec v \times \vec B$ 의 방향이 같으므로 $q>0$임을 알 수 있다.

이를통해 검판의 미지의 입자의 궤적이 양전자임을 밝혔다.