安德逊发现正电子

安德逊( Carl David Anderson， 1905—) 是美国加州理工学院物理教授密立根的学生，从 1930 年开始跟密立根做宇宙射线的研究工作。尽管密立根对宇宙射线的起源的见解后来证明是错误的，但他和他的学生们在宇宙射线的研究方面作出过许多贡献，发展了观测宇宙射线的各种实验技术，组织过多次科学考察。安德逊 1930 年起就负责用云室观测宇宙射线。云室置于磁场中。为了鉴别粒子的性质，在云室中安有几块金属板，粒子穿过金属板，就可以区别其能量。1932 年 8 月 2 日，安德逊在照片中发现一条奇特的径迹，与电子的径迹相似，却又具相反的方向，显示这是某种带正电的粒子。从曲率判断，又不可能是质子。于是他果断地得出结论，这是带正电的电子。当时安德逊并不了解狄拉克的电子理论，更不知道他已经预言过正电子存在的可能性。

狄拉克是在他的相对论电子理论中作出这一预言的。从他的方程式可以看出，电子不仅应具有正的能态，而且也应具有负能态。他认为这些负能态通常被占满，偶而有一个态空出来，形成“空穴”，他写道： “如果存在空穴，则将是一种新的，对实验物理学来说还是未知的粒子， 其质量与电子相同，电荷也与电子相等，但符号不同。我们可以称之为反电子。”他还预言：“可以假定，质子也会有它自己的负态。⋯⋯其中未占满的状态表现为一个反质子。”关于反质子的预言，到 1945 年才由西格雷(Emilio Segrè)证实。

关于正电子产生的机理，安德逊解释错了。他认为，初级宇宙射线撞击到核内的一个中子，会使中子分裂成为正电子和负质子。为此，他还建议实验家寻找这种“负质子”。稍晚才由布拉开特和奥基亚利尼(G.Occhialini)从簇射现象的观测搞清正电子产生的机理。他们用盖革计数器自动控制云室，首次看到了正负电子对的产生。他们正确地解释簇射现象是由于γ射线从原子核近旁通过时，转化为正、负电子对，同时又有更多的γ射线产生，从而产生雪崩现象。

由于发现宇宙射线和正电子的功绩，赫斯和安德逊共享 1936 年诺贝尔物理奖，而布拉开特因改进云室技术和由此作出有关核物理和宇宙射线的一系列新发现而获 1948 年诺贝尔物理奖。

正电子的发现，对研究光与实物之间的转变有重要意义，使人们对“基本粒子”的认识有了一次质的飞跃。