光与物质小站首页 / 近代物理 / 最早被发现的反物质-正电子

 

最早被发现的反物质-正电子

 

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))

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-
γ + p →p + e+ + e-
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.

 

[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


 

近代物理