大自然充满了矛盾统一，有阴就有阳，有男便有女，今天要向单身的小伙伴们撒狗粮的便是物理界的一对明星“情侣”：电子和正电子。
众所周知，电子是组成原子的基本粒子之一，它带有单位负电荷，质量非常小。早在1897年，英国科学家汤姆逊就发现了电子，不过当时的人们并没想到电子还有个叫“正电子”的另一半，就这样让电子当了几十年的“单身汉”。
汤姆逊（J.J. Thomson，1856-1940）提出的原子“枣糕”模型，后来被认为是不正确的
转机出现在1930年。两年前，英国物理学家狄拉克为了描述电子的运动规律，将量子力学和相对论巧妙结合，建立了著名的狄拉克方程。1930年，他又据此及泡利不相容原理提出一系列理论，并预言必然存在一种与电子相反的粒子——正电子，它与电子质量相同但电荷相反。然而，当时多数科学家都对此付之一笑，认为狄拉克的预言不过是从数学推导出来的荒唐结论，不符合实际的物理规律。
狄拉克（P.A.M. Dirac，1902-1984，网络图）
但是，远在大洋彼岸的一位美国青年却深受启发，决心做一名好心肠的月老，帮单身几十年的电子找到隐藏起来的另一半。
这位青年名叫安德森，年仅25岁，当时刚从“谢耳朵”的母校加州理工取得博士学位并留校任教。安德森的导师密立根是著名的实验物理学家，曾因电子电荷测定等方面的杰出成就而获得1923年的诺贝尔奖。在密立根的指导下，安德森当时从事宇宙射线方面的研究。
正在做实验的安德森（C.D. Anderson，1905-1991，atomicheritage网）
宇宙射线，顾名思义，是来自外太空的射线。之所以叫射线，是因为人们曾认为它是由γ射线辐射组成的，实际则不然，后来发现宇宙射线是一种带电高能次原子粒子。安德森当时所做的工作，便是研究宇宙射线的性质，并试图从宇宙粒子中找到新粒子，尤其是找到传说中的正电子。
置于强磁场中的威尔逊云室是研究宇宙射线的最佳仪器，这种密闭容器内部充满过饱和蒸汽，在射线通过时就会发生凝聚，从而在蒸汽中形成粒子的运动径迹。安德森很快便建立了一座威尔逊云室，并开始了紧锣密鼓的实验。
威尔逊云室结构图（uefap网）
经过不懈努力，安德森终于在次年观测到一些重要现象，他发现宇宙射线的正电粒子和负电粒子数量基本相当，且这两种粒子大多同时从一个中心发射出来。安德森进一步研究发现，正电粒子和负电粒子均带有单位电荷，显然负电粒子非电子莫属，但正电粒子会是电子失散多年的“伴侣”——正电子吗？或许它只是质子这个吃瓜群众？
为了揭开正电粒子的真面目，安德森多次携带威尔逊云室，冒险乘坐热气球升入高空进行实验。安德森之所以要到高空中做实验，是因为他认为宇宙射线在穿过大气层时会被极大削弱甚至被完全吸收，地面实验难免受到影响。月老当到这份上也是没谁了！
月老：其实我姓安，名德森，是个物理学家（网络图）
时间转眼就到了1932年，在一次高空实验中，安德森拍摄了1300多张宇宙粒子运动径迹的照片。回到地面的实验室后，他开始夜以继日地分析研究每一张照片的每一个细节。功夫不负有心人，安德森最终发现15张照片存在异样。在这些照片中，他发现若假设正电粒子是质子，则由于质子质量较大，计算所得的粒子运动行程将远小于实际观测值，唯一可能的结论便是正电粒子是正电子。
在安德森这位执着的月老的帮助下，电子终于找到了久违的另一半！
安德森利用威尔逊云室发现的一条正电子运动径迹（参考资料[2]）
正电子的发现，无疑是二十世纪物理学界的重大成就之一，它第一次证明了反物质的存在，为粒子物理学的形成和发展奠定了基础。
1936年，年仅31岁的安德森获颁诺贝尔奖，然而当他兴冲冲地赶到斯德哥尔摩时，却被工作人员拒之门外。还没等安德森反应过来，工作人员就对他说：“先生，请告诉你的父亲，基金会宁愿把奖金通过银行汇给他，也不会让他的儿子来代领的！”作为史上最年轻的诺贝尔奖得主之一，安德森平静地反问道：“你怎么知道得奖的是我父亲，而不是我呢？”
1936年风华正茂的安德森（维基百科）
最后，不得不提的是，虽然安德森的巨大贡献是毋庸置疑的，但他获颁诺贝尔奖却是有争议的，因为第一个发现正电子的另有其人，他正是我国核物理研究的开拓者之一赵忠尧先生。
赵忠尧（1902-1998，中科院高能物理所官网）
早在1927年，同在密立根指导下进行研究的赵忠尧就探测到了正电子和负电子碰撞时会发生湮没现象。尽管安德森后来也承认自己的实验深受赵忠尧的启发，但由于种种原因，赵忠尧与后来的吴健雄一样，都被诺贝尔奖完全忽视了。
--------------------------------------------------
参考资料：
薛凤家. 安德森和正电子[J]. 物理与工程,2006,16(1):50-52.
苑红霞. 正电子的预言与发现[J]. 大学物理,2002,21(2):34-36.
联系客服
