正电子：第一个反粒子

自然界存在两种电荷，一种是正电荷，一种是负电荷。当人们发现了带负电的电子之后，英国物理学家狄拉克（1902～1984）猜想，自然界应该存在一种质量和电荷与电子相等，但所带相反的电荷的“反电子”。

20世纪初，人们观察到一种很奇怪的现象：一个带电的物体，过一段时间后，它所带的电荷就会慢慢地消失。开始，人们以为是这个物体周围存在某种很强的射线，使周围的空气发生电离，使物体所带的电荷渐渐消失了。可是物体附近根本就没有能产生射线的东西存在。是不是因为地壳中微量的放射性元素引发的呢？但很快有人指出，地壳中的放射性元素产生的射线离地面一定高度，很快就减弱了。为了进一步验证，一个叫高凯耳的人进行了一个实验。1909年，他乘坐一个大气球，将带电的验电器带到了几千米的高空中。在气球上升时，开始确实看到验电器上的电荷消失的速度在不断减慢。但是，当气球上升到某一个高度时，验电器上的电荷消失的速度突然变快，气球升得越高，电荷消失的速度越快，这说明空气中的射线不仅没有减少，反而增多了。这就令人感到意外了！

为了弄清原因，在1911年，奥地利的物理学家赫斯（1883～1964）在飞行俱乐部的朋友的帮助下，他们制作了10个大气球，把它们送到了5000多米的高空中，以探测空气的电离情况。在气球上升时，与高凯耳观察到的一样。赫斯还发现，这与白天和黑夜没关系。所以，他认为，这些射线并非来自地下，而是来自天外。这样，赫斯第一次发现了宇宙辐射的存在，后来人们就把这种看不见且很神秘的“天外来客”称为“宇宙射线”，或简称为“宇宙线”。

大约就在赫斯发现宇宙线的同时，汤姆逊的学生威耳逊发明了一种研究粒子的重要装置——云室。他研究这种云室就花了十余年的时间，在1911年研制成功。所谓“云室”就是一种充满蒸汽的容器。由于蒸汽是过饱和的，当微小的带电粒子穿入充满这种过饱和蒸汽的云室时，在这些粒子周围会聚集着一群细小的液珠，并在粒子径迹上形成一串气泡串儿。这就显示出粒子的径迹了。

1930年，安德森（1905～1991）开始在密立根的指导下研究宇宙线。与别人的研究不同的是，安德森在他的研究中应用了云室。

安德森使用了一块铅板，用以隔开云室。这块铅板可使宇宙线中的粒子速度放慢。这放慢速度的粒子被引入磁场中，它们在磁场中发生了明显的弯曲。如果没有铅板，宇宙线中的粒子速度太大，它们几乎就会径直穿过云室。(www.xing528.com)

安德森发现正电子的照片

1932年，安德森在云室中发现，有一种粒子的行为很像是飞奔的电子，但它弯曲的方向与电子正相反。怎样解释这种现象呢？安德森认为，这很可能是一种带正电的“电子”，它与电子的不同只是带的电荷相反，别的都一样。

后来发现，这正是著名的英国物理学家狄拉克预言的“反电子”，即电子的“孪生兄弟”——“反电子”。

命名“反电子”的名称容易，但它的身份是否能得到确证则是另一回事。谁知道，只几年后，年轻的安德森就在实验中偶然地从宇宙线中发现了它。不过安德森并不知道狄拉克的研究结果，与狄拉克的想法不一样，因为新粒子带正电，那就叫它“正电子”吧！结果，大家都叫这种粒子为“正电子”，“反电子”的名字就逐渐被人们遗忘了。

由于赫斯和安德森的发现，他们获得了1936年的诺贝尔物理学奖。