【最早被發現的反物質-正電子】

江南布衣

【最早被發現的反物質-正電子】

 

最早被發現的反物質, 是與電子帶有相反電性的正電子(positron).

 

而且有趣是這種粒子是先由理論預測他的存在,  然後才在實驗中被發現的.
　

1928年, 狄拉克在他的電子理論的計算中, 預言有一種帶有正電而且其他性質與電子相同的粒子-正電子, 成為當時粒子物理實驗的熱門話題.

1931年~1933年, 安德森在宇宙射線(cosmic ray)的研究中發現一個不尋常的現象, 那就是在雲霧室(cloud chamber)的照片中出現一種帶有正電的粒子.

 

而且其質量遠小於質子的質量.

 

我們知道, 帶電粒子在磁場中軌跡會彎曲, 而由軌跡彎曲的程度, 可以推得粒子的質量大小.

 

 

 

安德森由實驗照片圖中軌跡的曲率估算, 這種粒子所帶的質量遠小於當時已知的帶正電粒子-質子, 而質量大約與電子相同(當時的實驗給了一個質量上限 m< 2me-(電子質量))
 
安德森的宇宙射線實驗, 圖中的曲線就是正電子通過氣體所留下的軌跡, 中央的黑色平板為6mm的鉛板.

安德森的實驗剛好驗證了狄拉克的理論, 也是人類第一次看到反物質的存在.

根據後來物理學家對宇宙射線以及粒子物理的瞭解, 安德森實驗中所發現的正電子, 是由高能的光子(photon)碰撞到空氣中的電子或質子而產生的:

 

γ + e- →e- + e+ + e- 或

γ + p →p + e+ + e- 或

γ + 原子核 →原子核 + e+ + e-

 

其中γ為光子, p為質子, e+為正電子, e-為電子.

　
 

[參考資料]

1. Carl D. Anderson, Physical Review vol. 43, p. 491 (1933)

2. 近代物理學II, 林清涼 編著

 

引用：http://residence.educities.edu.tw/listeve/Htm/physics/physicstitle.htm