迈向量子场论

正电子

正电子是电子的反粒子:它具有完全相同的微小质量和相同大小的电荷,只是电荷由负变成了正。它是有史以来第一个被辨认出的反物质,对它的发现以最壮观的方式证实了:相对论性量子理论那抽象的数学,所描述的是真实存在的东西。

它的故事从预言到探测仅历时四年。一九二八年,狄拉克方程给出了令人困惑的负能量解,他最终论证道,这必定意味着存在一个带正电荷的电子孪生物。一九三二年,卡尔·安德森在研究宇宙射线于云室中留下的径迹时,拍到了一个粒子,它在磁场中像电子那样弯曲,方向却相反——这正是一个带正电之电子的标志。

如今正电子已是寻常而有用之物。它们从某些放射性原子核中产生,而医用的正电子发射断层扫描仪正依赖于它们:体内的示踪剂发射正电子,每一个都很快遇上一个电子并湮灭成两个光子,探测器据此将其定位,从而绘制出活体组织。正电子于是既是理论的一次历史性胜利,也是一件在医院里默默服务的日常工具。

e⁺ — same mass as the electron, opposite (positive) charge

由狄拉克于一九二八年预言,安德森一九三二年在宇宙射线中发现——第一种反物质。

在现代场论的观点里,正电子是一个真实的粒子,而非一个空穴或「缺失的电子」;狄拉克最初的空穴图景是一座有用的脚手架,如今已被取代。它独自存在时是完全稳定的,只有在遇到物质时才湮灭。

又称
antielectron反电子反電子