正電子

{{Infobox Particle
| bgcolour =
| name = 正電子（反電子）
| image =
| caption = 首張觀測到正電子存在的雲室照片，由C·D·安德森所攝。雲室的上下兩部分由一片6毫米厚的鉛片分開。可以肯定該正電子是從下方進入的，因為上方的軌跡比下方彎曲，即被磁場扭曲的程度較高，由此可知上方的能量較低。
| num_types =
| composition = 基本粒子
| statistics = 費米子
| group = 輕子
| generation = 第一代
| interaction = 重力、電磁、弱
| antiparticle = 電子
| theorized = 保羅·狄拉克（1928年）
| discovered = 卡尔·戴维·安德森（1932年）
| symbol = ,
| mass=

| decay_time =
| decay_particle =
| electric_charge = +1 e
，當中提出電子能夠擁有正電荷及負電荷。在這份論文中，狄拉克首次引進了狄拉克方程，這條方程統一了量子力學、狹義相對論及電子自旋，而自旋當時還是一個很新的概念，用於解釋塞曼效應。論文中狄拉克並沒有明確地預測新粒子的存在，但他允許電子可以用正能量或負能量作解。正能量解成功解釋了實驗結果，但負能量解卻令狄拉克相當困惑，因為在他的數學模型中負能量解跟正能量解一樣有效。在量子力學中是不能夠無視負能量解的，這點就跟經典力學很不一樣；雙重解意味着電子有可能會在正負能量態間自發跳躍。然而，實驗並沒有觀測到這樣的躍遷。狄拉克把這個理論與觀測間的衝突稱為“未解決的難題”。

狄拉克於1929年十二月撰寫了一份後續論文，嘗試解釋相對論性電子那無可避免的負能量解。他的論點是“……具有负能量的电子在外加（电磁）场中移动就像它携带了正电荷”。他繼續論述說所有空間都可被視為充滿負能量態的“海”，因此這樣就阻止了電子在正能量態（負電荷）與負能量態（正電荷）間的躍遷。論文同時探討了質子是這種海中的島的可能性，及這種島其實是負電荷電子的可能性。狄拉克承認，質子與電子的巨大質量差是一個難題，但同時表示將來的理論“有希望”解決這個問題。

對於狄拉克使用質子作為電子的負能量解，羅伯特·奧本海默表示強烈反對。他斷言如果這是真的，那麼氫原子就會瞬間自爆。狄拉克被奧本海默的論點說服，於是在1931年發表的一篇論文中預測存在一種未被發現的粒子“反電子”，其質量與電子一樣，並且與電子接觸時會互相湮滅。

理查德·費曼及在他之前的厄恩斯特·斯蒂克爾堡，提出了一種對狄拉克方程負能量解的詮釋，就是正電子是逆時間而行的電子。逆時間而行的電子，其電荷為正電荷。約翰·惠勒援引這個概念，來解釋所有電子都共有的性質，同時指出在有自相互作用的複世界線上，“它們都是一樣的電子”。後來，南部陽一郎將這樣的一套理論，應用於所有物質－反物質對的創生與湮滅，還說明了“平常所見成對的最終創生與湮滅，並不是創生與湮滅，而是移動中的粒子改變方向而已，從過去到將來，又或是從將來到過去”。但這個詮釋卻沒有宏觀的“因果”，因為微觀物理描述並沒有因果。

實驗上的跡象與發現
德米特里·斯科別利岑（Dmitri Skobeltsyn）最早於1929年觀測到正電子。在嘗試用威爾遜雲室來偵測宇宙射線中伽馬輻射的時候，斯科別利岑探測到一種行動像電子的粒子，但它在磁場中的彎曲方向與電子相反。

卡尔·安德森於1932年8月2日發現正電子，亦因此於1936年獲頒諾貝爾物理學獎。“正電子”（positron）一詞是由安德森所創的。正電子是第一種被發現的反物質，因此當時成了反物質存在的證據。在發現時，安德森讓宇宙射線通過雲室及鉛片。儀器被磁鐵包圍，而這些磁鐵使不同電荷的粒子向不同的方向彎曲。每一粒通過照相底片的正電子，都會有一條離子軌跡，其曲率對應電子的質荷比，但軌跡方向與電子相反，意味着它的電荷也與電子相反。

後來安德森在憶述往事時寫道，假若之前趙忠堯的研究有後續的話，那麼正電子在那個時候就會被發現了。

應用
某些粒子加速器實驗需要使正電子與電子在相對論性速度下對撞。高撞擊能量與這些物質─反物質湮滅，能生成一整束各種各樣的次原子粒子。物理學家就是通過研究這些碰撞，來測試理論預測及尋找新的粒子。

放射性核素（示蹤物）所發射的正電子與生物體內電子湮滅所產生的伽馬射線，可用正电子发射计算机断层扫描（PET）來探測。PET掃描器能做出詳細的三維圖像，顯示人體的新陳代謝。

材料研究中通常采用正電子湮没谱学（Positron Annihilation Spectroscopy, PAS）技术，用於探測固體材料中的空位、位错等微观缺陷。

註釋
參考資料
外部链接
*[http://psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/download.php?d=1&cpid=152&did=14 正電子的發現(1932年8月)]