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最早被发现的反物质, 是与电子带有相反电性的正电子(positron).
而且有趣是这种粒子是先由理论预测他的存在, 然後才在实验中被发现的.
1928年, 狄拉克在他的电子理论的计算中,
预言有一种带有正电而且其他性质与电子相同的粒子-正电子, 成为当时粒子物理实验的热门话题. 1931年~1933年, 安德森在宇宙射线(cosmic
ray)的研究中发现一个不寻常的现象, 那就是在云雾室(cloud chamber)的照片中出现一种带有正电的粒子. 而且其质量远小於质子的质量.
我们知道, 带电粒子在磁场中轨迹会弯曲, 而由轨迹弯曲的程度,
可以推得粒子的质量大小. 安德森由实验照片图中轨迹的曲率估算, 这种粒子所带的质量远小於当时已知的带正电粒子-质子, 而质量大约与电子相同(当时的实验给了一个质量上限
m< 2me-(电子质量)) |
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安德森的宇宙射线实验,
图中的曲线就是正电子通过气体所留下的轨迹, 中央的黑色平板为6mm的铅板. |
安德森的实验刚好验证了狄拉克的理论,
也是人类第一次看到反物质的存在. 根据後来物理学家对宇宙射线以及粒子物理的了解, 安德森实验中所发现的正电子,
是由高能的光子(photon)碰撞到空气中的电子或质子而产生的:
γ + e-
→e- + e+ + e- 或
γ + p →p + e+ + e-
或
γ + 原子核
→原子核 +
e+ + e-
其中γ为光子,
p为质子,
e+为正电子, e-为电子.
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[参考资料]
1. Carl D. Anderson, Physical Review
vol. 43, p. 491 (1933)
2. 近代物理学II, 林清凉 编着
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