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Arthur McDonald est né à Sydney (Nouvelle Écosse), le 29 août 1943. Il a obtenu un baccalauréat ès sciences (avec spécialisation en physique) de la Dalhousie University à Halifax (Nouvelle-Écosse) en 1964, puis une maîtrise ès sciences (physique) au même endroit. Il a poursuivi ses études au California Institute of Technology, à Pasadena, pour y décrocher en 1969 un doctorat en physique nucléaire. De 1969 à 1981, il a travaillé aux Laboratoires nucléaires de Chalk River d'Énergie atomique Canada limitée, où il a effectué des expériences de physique nucléaire fondamentale avec des accélérateurs de particules. En 1981, il est devenu professeur au Département de physique de la Princeton University (New Jersey) et il y a poursuivi son programme de recherche à titre de cochercheur principal du programme Princeton Cyclotron. En 1989, il est devenu professeur de physique à la Queen's University à Kingston (Ontario) et directeur de l'Institut de l'Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO). Une chaire de recherche universitaire lui a été octroyée à la Queen's University en 2002.
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