正电子：让电子不再孤单

情人节就要到了，是情侣们表达爱意和“单身狗”吃狗肉的时候了。

自然充满矛盾和统一，有阴阳，也有男女。今天，在物质世界中，有一对明星“情人”想把狗粮洒在他们的单身伴侣身上:电子和正电子。

众所周知，电子是构成原子的基本粒子之一。它们有负的单位电荷和非常小的质量。早在1897年，英国科学家汤姆森就发现了电子，但当时的人们没有想到还有另一半电子叫做正电子，从而使电子“单身”了几十年。

汤姆森(j .J·J·汤姆逊，1851940)提出的原子“枣饼”模型后来被认为是不正确的(网络图)

这种转变发生在1930年。两年前，为了描述电子的运动规律，英国物理学家狄拉克巧妙地将量子力学和相对论结合起来，建立了著名的狄拉克方程。1930年，他提出了一系列基于此和泡利不相容原理的理论，并预言一定有一个与电子相反的粒子——正电子，其质量与电子相同，但电荷相反。然而，当时大多数科学家对此嗤之以鼻，认为狄拉克的预测只是从数学中得出的荒谬结论，不符合实际的物理定律。

狄拉克(1901984，网络图)

然而，大洋彼岸的一个美国年轻人深受鼓舞，决心做一个善良的老人，帮助单身几十年的电子产品寻找他们隐藏的伴侣。

这个叫安德森的年轻人只有25岁，刚刚从谢尔顿的母校加州理工学院获得博士学位，还在那里教书。安德森的导师密立根是一位著名的实验物理学家，他因在电荷测量方面的杰出成就而获得1923年诺贝尔奖。在米利肯的指导下，安德森从事宇宙射线的研究。

正在做实验的安德森

顾名思义，宇宙射线是来自外层空间的射线。之所以称它为辐射，是因为人们曾经认为它是由伽马射线辐射组成的，但事实上它不是。后来，人们发现宇宙射线是带电的高能亚原子粒子。安德森当时的工作是研究宇宙射线的性质，并试图从宇宙粒子中找到新的粒子，尤其是传说中的正电子。

置于强磁场中的威尔逊云室是研究宇宙射线的最佳仪器。这个密封容器的内部充满了过饱和蒸汽，当光线穿过时，蒸汽凝结，从而在蒸汽中形成粒子轨迹。安德森很快建造了一个威尔逊云室，并开始了密集的实验。

威尔逊云室结构图

经过不懈的努力，安德森终于在第二年观察到了一些重要的现象。他发现宇宙射线中带正电的粒子和带负电的粒子的数量基本上是一样的，而且这两种粒子中的大多数都是同时从一个中心发射出来的。安德森的进一步研究发现，正负粒子都有单位电荷。显然，负粒子属于电子，但是正粒子能成为长期丢失的电子——正电子的“伙伴”吗？也许只是吃甜瓜的质子？

为了揭示带正电粒子的真实面目，安德森多次携带威尔逊云室，冒险带热气球到高空进行实验。安德森想在高空做实验，因为他相信宇宙射线穿过大气层时会被大大减弱甚至完全吸收，地面实验不可避免地会受到影响。岳麓此时已经是无名小卒了！

岳麓:实际上，我姓安，我的名字叫德森。我是物理学家(网络图)

1932年，安德森在一次高空实验中拍摄了1300多张张玉舟的粒子轨迹照片。回到地面实验室后，他开始日夜分析和研究每张照片的每一个细节。好事多磨。安德森最终在15张照片中发现了一些奇怪的东西。在这些照片中，他发现如果正电子粒子是质子，由于质子质量大，计算出的粒子运动行程将比实际观测值小得多，而唯一可能的结论是正电子粒子是正电子。

在执着的月球老人安德森的帮助下，电子终于找到了失散已久的伙伴。

安德森利用了在威尔逊云室中发现的正电子轨道(参考文献

安德森在1936年正值壮年(*)

最后，必须提到的是，尽管安德森的伟大贡献是毋庸置疑的，但他被授予诺贝尔奖是有争议的，因为第一个发现正电子的人是另一个人，而且他是我国核物理研究的先驱之一，赵忠尧先生。

赵忠尧(1901998，中国科学院高能物理研究所官方网站)

早在1927年，同样在米利肯指导下进行研究的赵忠尧就发现了正电子与正电子碰撞时的湮灭现象。尽管安德森后来承认他的实验是受赵忠尧的启发，但赵忠尧和后来的吴健雄一样，由于各种原因被诺贝尔奖完全忽略了。

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