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))。從安德森的宇宙射線實驗照片中的曲線，就是正電子通過氣體所留下的軌跡, 照片中央的黑色平板為 6mm 的鉛板。這個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
改作節錄自 網站 "近代物理" (http://web.mit.edu/yenjie/www/lm/physics/phys-qa-modern.htm)
留言列表
神學一 (3)