正电子的发现

反物质的发现史作为物理学的一种概念和一种思想，反物质早在1898年就曾被英国科学家舒斯特（1851～1934）大胆地作过预言，他认为既然物质是由带正、负两类电荷组成的，那么物质也应该有正反两种．他甚至预言，在宇宙空间可能存在着反物质组成的恒星和星云．然而舒斯特的预言没有科学论证，仅是一种臆测．后来狄拉克对反物质的预言作出了严格的理论论证．1928年元月，狄拉克用四行四列矩阵代替泡利的二行二列的δ矩阵后，成功地把非相对论性的薛定谔方程推广于相对论情况，得到了著名的狄拉克方程．这一方程立即带来了四项伟大的成就：①电子的自旋是狄拉克方程的自然推论，而不像薛定谔方程需要人为的加上去；②电子的磁矩值可以直接从方程得到；③应用到氢原子时方程能够自动得到氢光谱精细结构的索末菲公式；④可以计算出光和相对论性电子的相互作用．这四项成就表明，狄拉克方程将量子力学中原来各自独立的主要实验事实，统一到一个具有相对论性不变的框架里．但是，在取得这些巨大成就的同时，也出现了一个严重的困难，这就是负能态之谜．由狄拉克方程可以得出，电子应当有四个内部状态，于是其能级应该是非相对论性解的四倍．薛定谔方程引入自旋后，能级值变成二倍，但这是人为引入的，显得十分不自然．狄拉克方程改变了这种不自然的状况，自旋是方程的一个自然推论．但是，还有两个状态意味着什么呢?经过苦苦思索后，狄拉克认为这种状态数加倍的原因是因为存在负能量．负能量概念的产生，在物理学思想史上是一件非常有趣而又令人深思的事件．根据相对论中能量与动量之间的联系式Ｅ２＝ｃ２ｐ２＋ｍ２ｃ２，可以得到Ｅ＝±．在经典物理学中，负值肯定会被认为是增根而舍去．最开始，狄拉克也认为Ｅ的负值应该排除，但是，后来他有新的看法，他认为在量子力学中不能将负值作为增根删去，相应于负的能量值的解应当具有物理意义．这样，每一个自旋方向都有Ｅ的两种解，粒子总共就有2×2＝4个内部状态．可是，说电子具有负能状态，这不仅过分离奇而且会引出很多佯谬．首先，由于负能级没有下限存在，原子结构的稳定性成了问题．因为根据量子力学原理，力学量可以从一个值不经中间值而跳到另一值，这样，一个处于正能态的粒子就可以无限制地向更低能级跳跃，好像在无底的深渊里不断往下落，原子就不可能稳定．这显然与事实不相符．其次，有了负能态的电子，其行为将无法解释．对一般电子，当它与其他粒子相碰损失能量后，它可以跃迁到负能级并不断加速，直到它的速度等于光速，这与相对论又发生了冲突．这些佯谬引起了严重困难，到1929年12月，经过一年多的艰难探索，狄拉克提出了一种新的真空理论，即所谓“空穴理论”来防止电子的灾难性加速．在狄拉克提出新理论之前，真空被视为极其简单的基态，是纯粹的一无所有的虚空，具有高度的对称性，即使是非相对论量子力学，也是这样看待真空的．但按狄拉克的理论，真空并非纯粹的“虚无”，而是所有电子负能态的“空穴”都被电子填满，形成一种所谓“负能态的电子海洋”，与此同时，正能态的能级都是空着的．这也就是说真空是负能态填满而正能态真空的状态，是能量最低状态．为什么这种真空理论能解决电子的灾难性加速呢?由泡利不相容原理可知，每一确定的电子状态只能容纳一个电子，那么，负能态的空穴既然已被电子填满，那么正能态电子理所当然就不能再往负能区域跃迁，这就保住了原子的稳定性．在负能态的海洋中，如果有一个电子受到激发而跃迁到正能级，这一过程可以看成是正能态电子从正能级跃迁到负能级的反过程，因而负能级电子从“真空”跃迁到正能级后在负能级留下的空穴，就相当于一个具有正能量的电子，这个空穴就是反物质概念的原型．虽然狄拉克用纯数学的方法对电子自旋和磁矩的解释非常成功，同时也用数学方法推出了新的粒子，但绝大多数著名物理学家都对狄拉克的理论持怀疑态度．1931年5月，狄拉克虽然接受了许多批评，但硬着头皮说：“如果存在一个空穴的话，它将是一种实验物理尚不知道的新粒子，它具有与电子相同的质量和相反的电荷”．狄拉克最初将这个预言中的新粒子叫“反电子”，后来安德逊称它为“正电子”．1932年8月，美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子，9月他在《科学》杂志上公布了这一发现．这一发现具有极其重大的意义，他证实了狄拉克的真空理论和反物质的概念，人类对物质世界的认识至此又完成了一次大的飞跃．正电子发现后，科学家们又发现了质子的反粒子——反质子，接着人们又先后发现了中子、介子、超子等其他粒子的反粒子．由此可见，研究对象进入核内层次，从而使得直观性几乎彻底丧失，数学抽象就作用越来越重要了．。

电子的今生前世——电子的发现史蒋广隶08211141 通信0806摘要经过对电子参数的亲自测量，我对电子这看不见摸不着的微观粒子如何被人发现产生的浓厚的兴趣。

于此，展开了对电子的发现史的探究。

本文以时间为主线索，初步探究了电子的发现历史和研究历程。

电子的发现是19世纪末物理学三个重大发现之一，是物理学突破基本粒子层次的开始。

关键词电子发现实验正电子正文“电子”一词已成为当今社会的热门词汇。

我们也处在一个“电子”包围的世界中——电子商务、电子信息、电子计算机、电子地图、电子图书、电子机票……现在就让我们走进电子的本源——量子世界中的电子，近观电子的今生前世。

电子（Electron）属于亚原子粒子中的轻子类，也是第一个被人类发现的亚原子粒子。

电子带有1/2自旋，是一种费米子（按照费米—狄拉克统计）。

电子所带电荷为-1.60217733 ×10-19库仑，质量为9.10 ×10-31 kg (0.51 MeV/c2)。

通常被表示为e-。

正电子，它带有与电子相同的质量，自旋和等量的正电荷。

电子同中子、质子一道组成物质基本单位——原子。

相对于中子和质子组成的原子核，电子的质量极小。

质子的质量大约是电子质量的1842倍。

1.远古对电子的研究电子的历史伴随着人类对电研究及对电本质的探索。

古希腊时期（公元前585年），哲学家塞利斯发现摩擦过的琥珀能吸引轻小物体，那时的人们称这种现象为电。

东汉时期的王充在《论衡》一书中提到"顿牟掇芥"，所谓顿牟就是琥珀，掇芥意即吸引籽菜，同样是说摩擦琥珀能吸引轻小物体。

这是人类最早对电子的探索。

2. 阴极射线及本质探究1833年，英国物理学家法拉第通过实验研究，发现了著名的电解定律，这是电荷具有不连续性最早的例证。

1838年法拉弟在一次低压气体放电实验中发现，在二电极的光束之间总存在着一个“法拉弟暗区”。

1858年普吕克采用盖斯勒放电管发现放电管阴极附近的玻璃管上可观察到荧光，且荧光的位置和分布随放电管周围的磁场变化而改变，1859年，普吕克尔发现了这种射线。

正电子发现及其物理学意义正电子（positron）是一种带正电荷的基本粒子，质量与电子相同，但电荷相反。

正电子最早由卡尔·安德森在1932年发现，这是一项在物理学历史上具有重要意义的发现。

本文将探讨正电子发现的背景、物理学意义以及相关研究领域的进展。

1. 背景正电子的发现是基于原子核衰变的研究。

在十九世纪末，放射现象成为物理学的研究热点。

随着放射性元素的发现，科学家开始研究原子核的结构和性质。

1902年，亨利·贝克勒尔和玛丽·居里共同发现了放射性衰变现象，这为后来对正电子的发现奠定了基础。

2. 发现过程正电子的发现是由卡尔·安德森和他的同事丘内斯·范·丹顿在物质与辐射相互作用的实验中完成的。

他们利用一台设备，通过钴-60放射源产生高能辐射，将辐射束引导到一个大型比尔泡射流室中进行观察。

实验结果显示，在泡射流室中出现了异常的轨迹，这些轨迹与电子轨迹相反，表明存在一个带正电荷的粒子。

根据实验结果，正电子被确认为一种新的粒子。

3. 物理学意义正电子的发现对物理学的发展有着深远的意义。

首先，正电子的发现是量子力学理论的重要支持。

在量子力学中，粒子和反粒子的存在是对称的，对正电子的发现进一步验证了这一理论。

其次，正电子还展示了粒子与反粒子相互湮灭的现象，这进一步证实了负能态存在的可能性。

最后，正电子的发现为反物质的研究提供了重要依据，反物质与物质存在相互转化的可能性，这在后来的研究中得到广泛应用。

4. 相关研究进展正电子的发现引发了许多相关研究领域的探索。

其中，粒子物理学是最直接的受益者之一。

粒子物理学致力于研究物质的基本构成和相互作用，通过加速器实验等手段，科学家们进一步研究了正电子与其他粒子的相互作用，揭示了更多关于基本粒子的特性和规律。

此外，正电子的应用也得到了广泛发展。

利用正电子湮灭技术，科学家们在材料科学、医学等领域取得了重要进展。

正电子湮灭技术可以用于研究材料的缺陷结构、表面性质等，对材料的研究和改良具有重要意义。

物理动态变化规律总结第1篇一、电路的组成：1、定义：把电源、用电器、开关、导线连接起来组成的电流的路径。

2、各部分元件的作用：（1）电源：提供电能的装置；（2）用电器：工作的设备；（3）开关：控制用电器或用来接通或断开电路；（4）导线：连接作用，形成让电荷移动的通路二、电路的状态：通路、开路、短路1、定义：（1）通路：处处接通的电路；（2）开路：断开的.电路；（3）短路：将导线直接连接在用电器或电源两端的电路。

2、正确理解通路、开路和短路三、电路的基本连接方式：串联电路、并联电路四、电路图（统一符号、横平竖直、简洁美观）五、电工材料：导体、绝缘体1、导体（1）定义：容易导电的物体；（2）导体导电的原因：导体中有自由移动的电荷；2、绝缘体（1）定义：不容易导电的物体；（2）原因：缺少自由移动的电荷六、电流的形成1、电流是电荷定向移动形成的；2、形成电流的电荷有：正电荷、负电荷。

酸碱盐的水溶液中是正负离子，金属导体中是自由电子。

七、电流的方向1、规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向；2、电流的方向跟负电荷定向移动的方向相反；3、在电源外部，电流的方向是从电源的正极流向负极。

八、电流的效应：热效应、化学效应、磁效应九、电流的大小：I=Q/t十、电流的测量1、单位及其换算：主单位安（A），常用单位毫安（mA）、微安（μA）2、测量工具及其使用方法：（1）电流表；（2）量程；（3）读数方法（4）电流表的使用规则。

十一、电流的规律：（1）串联电路：I=I1+I2；（2）并联电路：I=I1+I2【方法提示】1、电流表的使用可总结为（一查两确认，两要两不要）（1）一查：检查指针是否指在零刻度线上；（2）两确认：①确认所选量程。

②确认每个大格和每个小格表示的电流值。

两要：一要让电流表串联在被测电路中；二要让电流从“+”接线柱流入，从“—”接线柱流出；③两不要：一不要让电流超过所选量程，二不要不经过用电器直接接在电源上。

PET的工作原理PET（Positron Emission Tomography）是一种医学影像技术，通过检测放射性同位素的分布来观察人体内部器官的代谢活动和生理功能，对疾病的诊断和治疗起着重要作用。

PET的工作原理主要包括放射性同位素的注射、正电子的产生、正电子与电子的湮灭、γ射线的发射和探测器的接收等过程。

首先，PET的工作过程始于对患者体内注射放射性同位素。

这些同位素通常与生物分子结合，如葡萄糖、氧气等，然后被注射到患者体内。

这些同位素会在体内发出正电子，这些正电子具有很短的寿命，通常只有几分钟。

正电子的产生是PET技术的关键步骤之一。

正电子是一种带正电荷的基本粒子，它的存在对应着电子的存在。

正电子的产生通常是通过放射性同位素的衰变过程中释放出来的。

这些正电子会与体内的电子相遇，并发生湮灭。

当正电子与电子相遇时，它们会相互湮灭并释放出两个γ射线。

这两个γ射线呈180度相对方向发射，这一特性正是PET技术能够进行成像的基础。

这些γ射线会被PET扫描仪器的探测器所接收。

最后，PET扫描仪器的探测器会接收到γ射线的信息，并将其转化成数字信号，通过计算机进行处理和重建成像。

这样，就能够得到一幅清晰的代谢活动和生理功能的图像，从而为医生提供诊断和治疗疾病的重要依据。

总的来说，PET的工作原理是通过注射放射性同位素，产生正电子，正电子与电子湮灭释放γ射线，再由探测器接收γ射线并转化成数字信号，最终形成代谢活动和生理功能的图像。

这一技术在医学影像学中有着重要的应用，对疾病的诊断和治疗起着关键作用。

通过PET技术，医生能够观察到人体内部器官的生理活动，及时发现疾病的变化，为患者提供更加精准的治疗方案。

因此，PET技术的工作原理对于医学领域有着重要的意义，也为疾病的治疗带来了更多的可能性。

研究生学位课程论文论文题目：基本粒子的发展基本粒子的发展摘要：本文通过对电子、光子、质子、中子、正电子、中微子的发现和强子夸克模型的介绍，阐述了粒子物理的一些基本知识。

关键词：基本粒子、电子、中微子、夸克引言：不久前刚选完导师，我的导师是高策教授。

第一次见面，高老师询问了我的专业背景和兴趣后，给了我一些指导，希望我了解一下弦论和场论方面的相关理论。

于是，自己接触到了一些以前没有关注过的知识〔粒子物理学〕。

刚好正值期末，自然辩证法要交期末论文，题目自拟，所以想总结一下基本粒子的发展。

这样既可以完成学科作业，又能把近来看过的东西做一个简单总结，同时自己还抱着写一篇通俗的粒子物理方面的科普文章，希望能有一箭三雕之成效，但愿自己已经做到了。

揭露万物之本和世界之源是人类一直向往的研究目标。

早在公元前4世纪，古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)和留基伯(Leucippus)就提出物质由不可分的微小的基本粒子组成，及原子论。

两千多年来，人类对世界本原的探索研究说明，物质世界确实有其深层次的构造，但又远非两位先哲所想的那样简单。

“基本粒子”按其原意是构成世界万物的不能再分割的最小单元。

这其实只是一种历史概念，随着人类认识的不断深化，这种概念本身也在不断演变。

最初，留基伯和德谟克利特提出的原子就是指构成世界万物的终极单元。

但时至今日，已经没有人认为原子不能再分割了。

“最小单元”这个概念一次又一次地被迫转移到下一层次，于是“基本粒子”一词也就应运而生了。

当然本文所用“基本粒子”一词并非说它永远不能再分割，而是说直到当时还未进一步被分割的物质单元，尽管已有种种迹象说明它仍然有其更深的结构。

为了表达方便，本文有时把“基本粒子”简称为“粒子”。

接下来，我就从人类认识粒子的顺序来大致介绍人类对世界认识的不断深入。

一、人类认识的第一个基本粒子：电子1897年，汤姆逊发现了电子，这是人类认识的第一个基本粒子，他因此而获得了1906年的诺贝尔物理奖。

粒子物理学中的反粒子与相互作用研究反粒子与相互作用是粒子物理学研究中的重要课题。

在这篇文章中，我们将探讨反粒子的概念、发现和相互作用，以及它们在物理学领域的重要性。

一、反粒子的概念和发现反粒子是与普通粒子具有相同的质量和自旋，但带有相反电荷的粒子。

根据量子场论，每一种粒子都有相应的反粒子。

反粒子的存在是量子物理学的基本原理之一。

对于电子而言，它的反粒子就是正电子。

正电子与电子有相同的质量和自旋，但带有正电荷。

正电子的发现是由物理学家安德森于1932年在宇宙射线实验中首次实验观测到。

二、反粒子的特性与相互作用反粒子与普通粒子的相互作用可以通过引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用等力进行描述。

首先，引力是负责质量之间相互作用的力。

根据广义相对论，我们知道质量和能量会产生引力。

因此，正电子和电子之间的引力相互作用与电子和电子之间的引力相互作用是相同的。

其次，电磁力是与电荷之间相互作用的力。

正电子具有正电荷，而电子具有负电荷，因此正电子和电子之间会发生电磁相互作用。

这种相互作用是我们日常生活中所熟悉的，例如在电路中，正电子和电子的碰撞会产生电流。

而强相互作用是控制原子核内部的力，它使质子和中子之间相互结合形成原子核。

正电子和电子之间的强相互作用与电子和电子之间的强相互作用是类似的。

最后，弱相互作用是一种相对较短程的相互作用，它主要涉及到中微子和弱粒子。

弱相互作用能导致反粒子和普通粒子的转化，例如正电子和电子的湮灭过程。

三、反粒子的重要性和应用反粒子的存在对于我们理解宇宙的基本结构和演化具有重要意义。

在宇宙大爆炸之后，反粒子和普通粒子相互湮灭，并最终形成了可观测的物质。

因此，研究反粒子可以揭示宇宙的起源和进化过程。

除此之外，反粒子还具有广泛的应用。

例如在医学中，正电子发射断层成像（PET）技术利用正电子和电子的湮灭过程来进行影像诊断。

在工程领域，正电子和电子的相互作用可用于粒子加速器和核聚变反应。

总结：粒子物理学中的反粒子与相互作用研究是一个广泛而深入的课题。

与天文学有关的诺贝尔物理学奖1936年诺贝尔物理学奖——宇宙辐射和正电子的发现1936年诺贝尔物理学奖一半授予奥地利茵斯布拉克(Innsbruck)大学的赫斯(VictorFranz Hess,1883-1964),以表彰他发现了宇宙辐射；另一半授予美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的 C.D.安德森(CarlDavid Anderson ,1883-1964) ，以表彰他发现了正电子。

他在 1911—1912年，用气球把电离室送到离地面五千多米的高空，进行大气导电和电离的实验，发现了来自地球之外的宇宙线。

1964年诺贝尔物理学奖——微波激射器和激光器的发明1964年诺贝尔物理学奖一半授予美国马萨诸塞州坎布里奇的麻省理工学院的汤斯(Charles H.Townes ，1915- )，另一半授予苏联莫斯科苏联科学院列别捷夫物理研究所的巴索夫(Nikolay G.Basov ，1922- )和普罗霍罗夫(Aleksandr M.Prokhorow ，1916- )，以表彰他们从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器。

赫斯 安德森 汤斯 普罗霍罗夫他在1957年预言星际分子的存在，并于1963年在实验室里测出羟基（OH）的两条处在射电频段的谱线。

这些分子谱线处在厘米波和毫米波段。

1967年发现星际分子，证实他的预言，开辟了毫米波天文学新领域。

1967年诺贝尔物理学奖——恒星能量的生成967年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州康奈尔大学的贝特(Hans A.Bethe，1906- )，以表彰他对核反应理论所作的贡献，特别是涉及恒星能量生成的发现。

1938年他提出太阳和恒星的能量来源理论，认为太阳中心温度极高，太阳核心的氢核聚变生成氦核释放出大量的能量。

1970年诺贝尔物理学奖——磁流体动力学和新的磁性理论1970年诺贝尔物理学奖一半授予瑞典斯德哥尔摩还价技术研究院的阿尔文（Hannes Alfven,1908-1995），以表彰他对磁流体动力学的基础工作和发现，及其在等离子体不同部分卓有成效的应用；另一半授予法国格勒诺布尔大学的奈尔（Louis Neel, 1904-- ）,以表彰他对反铁磁性和铁氧体磁性所作的基础研究和发现，这些研究和发现在固体物理学中有很重要的应用。

发现正电子1932年，C.D.安德森（Carl David Anderson, 1905-1991）（左图）发现了正电子，这是宇宙射线研究的第一项引人注目的成果。

C.D.安德森是美国加州理工学院物理教授密立根（likan）的学生，从1930年开始跟密立根做宇宙射线的研究工作。

从1930年起安德森负责用云室观测宇宙射线。

安德森采用一个带有非常强磁铁的威尔逊云室来研究宇宙射线。

他让宇宙射线中的粒子通过室内的强磁场，并快速拍下粒子径迹的照片，然后根据径迹长度、方向和曲率半径等数据来推断粒子的性质。

1932年8月2日，安德森在照片中发现一条奇特的径迹，这条径迹和负电子有同样的偏转度，却又具相反的方向（右图），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。

狄拉克预言的正电子就这样被安德森发现了。

当时安德森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，Emilio Segrè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）（右图）证实。

Patrick M.S. Blackett英国物理学家布莱克特（Baron Patrick Maynard Stuart Blackett, 1897-1974）（左图）从1921年起进行改进威尔逊云室照相技术以研究原子核的人工转变。

1924年，他用云室照片首次成功地验证了人工轻核转变，即氦-14核俘获α粒子变为氧-17。

反物质的发现史作为物理学的一种概念和一种思想，反物质早在1898年就曾被英国科学家舒斯特（1851～1934）大胆地作过预言，他认为既然物质是由带正、负两类电荷组成的，那么物质也应该有正反两种．他甚至预言，在宇宙空间可能存在着反物质组成的恒星和星云．然而舒斯特的预言没有科学论证，仅是一种臆测．后来狄拉克对反物质的预言作出了严格的理论论证．1928年元月，狄拉克用四行四列矩阵代替泡利的二行二列的δ矩阵后，成功地把非相对论性的薛定谔方程推广于相对论情况，得到了著名的狄拉克方程．这一方程立即带来了四项伟大的成就：①电子的自旋是狄拉克方程的自然推论，而不像薛定谔方程需要人为的加上去；②电子的磁矩值可以直接从方程得到；③应用到氢原子时方程能够自动得到氢光谱精细结构的索末菲公式；④可以计算出光和相对论性电子的相互作用．这四项成就表明，狄拉克方程将量子力学中原来各自独立的主要实验事实，统一到一个具有相对论性不变的框架里．但是，在取得这些巨大成就的同时，也出现了一个严重的困难，这就是负能态之谜．由狄拉克方程可以得出，电子应当有四个内部状态，于是其能级应该是非相对论性解的四倍．薛定谔方程引入自旋后，能级值变成二倍，但这是人为引入的，显得十分不自然．狄拉克方程改变了这种不自然的状况，自旋是方程的一个自然推论．但是，还有两个状态意味着什么呢?经过苦苦思索后，狄拉克认为这种状态数加倍的原因是因为存在负能量．负能量概念的产生，在物理学思想史上是一件非常有趣而又令人深思的事件．根据相对论中能量与动量之间的联系式Ｅ２＝ｃ２ｐ２＋ｍ２ｃ２，可以得到 Ｅ＝±．在经典物理学中，负值肯定会被认为是增根而舍去．最开始，狄拉克也认为Ｅ的负值应该排除，但是，后来他有新的看法，他认为在量子力学中不能将负值作为增根删去，相应于负的能量值的解应当具有物理意义．这样，每一个自旋方向都有Ｅ的两种解，粒子总共就有2×2＝4个内部状态．可是，说电子具有负能状态，这不仅过分离奇而且会引出很多佯谬．首先，由于负能级没有下限存在，原子结构的稳定性成了问题．因为根据量子力学原理，力学量可以从一个值不经中间值而跳到另一值，这样，一个处于正能态的粒子就可以无限制地向更低能级跳跃，好像在无底的深渊里不断往下落，原子就不可能稳定．这显然与事实不相符．其次，有了负能态的电子，其行为将无法解释．对一般电子，当它与其他粒子相碰损失能量后，它可以跃迁到负能级并不断加速，直到它的速度等于光速，这与相对论又发生了冲突．这些佯谬引起了严重困难，到1929年12月，经过一年多的艰难探索，狄拉克提出了一种新的真空理论，即所谓“空穴理论”来防止电子的灾难性加速．在狄拉克提出新理论之前，真空被视为极其简单的基态，是纯粹的一无所有的虚空，具有高度的对称性，即使是非相对论量子力学，也是这样看待真空的．但按狄拉克的理论，真空并非纯粹的“虚无”，而是所有电子负能态的“空穴”都被电子填满，形成一种所谓“负能态的电子海洋”，与此同时，正能态的能级都是空着的．这也就是说真空是负能态填满而正能态真空的状态，是能量最低状态．为什么这种真空理论能解决电子的灾难性加速呢?由泡利不相容原理可知，每一确定的电子状态只能容纳一个电子，那么，负能态的空穴既然已被电子填满，那么正能态电子理所当然就不能再往负能区域跃迁，这就保住了原子的稳定性．在负能态的海洋中，如果有一个电子受到激发而跃迁到正能级，这一过程可以看成是正能态电子从正能级跃迁到负能级的反过程，因而负能级电子从“真空”跃迁到正能级后在负能级留下的空穴，就相当于一个具有正能量的电子，这个空穴就是反物质概念的原型．虽然狄拉克用纯数学的方法对电子自旋和磁矩的解释非常成功，同时也用数学方法推出了新的粒子，但绝大多数著名物理学家都对狄拉克的理论持怀疑态度．1931年5月，狄拉克虽然接受了许多批评，但硬着头皮说：“如果存在一个空穴的话，它将是一种实验物理尚不知道的新粒子，它具有与电子相同的质量和相反的电荷”．狄拉克最初将这个预言中的新粒子叫“反电子”，后来安德逊称它为“正电子”．1932年8月，美国物理学家安德逊在宇宙射线中发现了正电子，9月他在《科学》杂志上公布了这一发现．这一发现具有极其重大的意义，他证实了狄拉克的真空理论和反物质的概念，人类对物质世界的认识至此又完成了一次大的飞跃．正电子发现后，科学家们又发现了质子的反粒子——反质子，接着人们又先后发现了中子、介子、超子等其他粒子的反粒子．由此可见，研究对象进入核内层次，从而使得直观性几乎彻底丧失，数学抽象就作用越来越重要了．。

1936年诺贝尔物理学奖——宇宙辐射和正电子的发现1937年诺贝尔物理学奖一半授予奥地利茵斯布拉克（Innsbruck）大学的赫斯（Victor Franz Hess，1883——1964），以表彰他发现了宇宙辐射；另一半授予美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的C.D.安德森（Carl David Anderson，1883——1964），以表彰他发现了正电子。

宇宙辐射也叫宇宙线或宇宙射线。

在现代物理学发展史中，宇宙射线的研究占有一定的地位，许多新的粒子都是首先在宇宙射线中发现的。

例如：用云室发现了正电子、μ介子等，用原子核乳胶发现了π介子等。

在高能加速器未出现以前，人们只有靠天然的源泉进行研究，而宇宙射线就是理想的观测对象，它具有高能量、低强度的特点，很便于观测。

所以它一经发现，就成为人们竞相研究的对象。

宇宙射线的迹象早在最初运用游离室观测放射性时就被人们注意到了。

当初曾一度认为验电器的残余漏电是由于空气或尘土中含有放射性物质。

1903年，卢瑟福和库克（H.L.Cooke）曾研究过这个问题。

他们发现，如果小心地把所有放射源移走，在验电器中每立方厘米内，每秒钟还会有大约十对离子不断产生。

他们用铁和铅把验电器完全屏蔽起来，离子的产生几乎可减少十分之三。

他们在论文中提出设想，也许有某种贯穿力极强，类似于γ射线的辐射从外面射进验电器，从而激发出二次放射性。

为了搞清这个现象的缘由，莱特（Wright）于1909年在加拿大安大略（Ontario）湖的冰面上重复上述实验，游离数略有减小，看来可能是离地面远的原因。

1910年法国的沃尔夫（F.T.Wulf）在巴黎300 m高的埃菲尔塔顶上进行实验，比较塔顶和地面两种情况下残余电离的强度，得到的结果是塔顶约为地面的64％，比他预计的10％要高。

他认为可能在大气上层有γ源，也可能是γ射线的吸收比预期的小。

1910年——1911年，哥克尔（A.Gockel）在瑞士的苏黎世让气球把电离室带到4500 m高处，记录下几个不同高度的放电速率。

粒子物理的发展史粗略地说，世界是由基本粒子组成的。

所谓基本粒子，就是我们不考虑它的进一步结构，而把它当成整体的东西或者说是构成世界万物的、不能再分割的最小单元。

把多种多样的物质看成是由少数几个基本实体构成，并以这样一个物质基础来说明自然界的统一性和多样性，虽简单，但抓住了问题的要害。

基本性是个历史的、相对的概念。

不同的时代，由于人们认识的不同，基本粒子家族的内容在不断地演变。

（1）希腊泰勒斯提出“水为万物之本”。

（2）亚里士多得认为水、火、空气，土是构成物质的基本元素（3）460-370,德漠克利特提出了原子论。

（4）周代，我们的祖先就提出了五行说，即认为万物是由金、木、水、火、土五种物质原料构成。

（5）《周易》中有“太极生两仪，两仪成四像，四象生八卦”的哲学思想。

太极即世界的本源，两仪是天地，四象是春、夏、秋、冬四季，八卦是天、地、雷、风、水、火、山、泽，由它们衍生出世界万物；（5）战国时的老子说：“道生一、一生二、二生三、三生万物”；（6）汉代则出现了天地万物由“元气”组成的哲学观点；（7）650年，牛顿曾说：“依我看，有可能一开始上帝就以实心的、有质量的、坚硬的、不可分割的、可活动的粒子来创造物质，它有大小和外形以及其它属性，并占据一定质量……” （8）1660年，英国科学家R.玻意耳提出化学元素的概念；（9）1741年，罗蒙诺索夫《数学化学原理》：“一切物质都是由极微小的和感觉不到的粒子组成，这些粒子在物理上是不可分的，并且有相互结合能力，物质的性质就取决于这些微粒的性质。

” （10）1789年，英国息今斯《燃素说及反燃素说的比较研究》，提出粒子彼此相互化合的设想。

（11）1844年，道尔顿学说：1/元素是由非常微小、不可再分的微粒即原子组成的，原子在化学变化中也不能再分割，并保持自己独特的性质。

2/同一元素所有原子的质量完全相同，不同种元素原子性质和质量各不相同。

原子的质量是每一种元素基本特征。

爱因斯坦质能关系由此导出了两种物理量的基本对应关系：质量能量能量质量•从人类目前的技术水平上看，我们就质量到能量的转换已通过重核裂变释放核能的方式得以实现。

•然而。

2E mc 能量也能转化成其所应对应的质量吗？？？保罗·狄拉克（Paul Adrie Maurice Dirac，1902～1984），英国理论物理学家，量子力学的创始者之一，因狄拉克方程获得1933年诺贝尔奖，该方程从理论上预言了正电子的存在。

除此之外，狄拉克还预言了磁单极，提出了费米—狄拉克统计。

他在量子场论尤其是量子电动力学方面作出了奠基性的工作，而在引力论和引力量子化方面也有杰出的工作海森伯、薛定谔和狄拉克是普朗克、爱因斯坦和玻尔之后的“新量子力学三杰”，他们三人各自建立了量子力学的不同形式。

而海森伯、泡利和狄拉克三人是量子力学中的“矩阵三杰”。

泡利不止在一个场合评论过几位新量子力学创立者的地位。

他的评论大意是：如果把量子力学比喻成一位绝美的姑娘，海森伯是她的第一个男人、薛定谔是她的最爱，最后狄拉克成了她的老公。

理论物理中，相对于薛定谔方程之于非相对论量子力学，狄拉克方程是相对于量子力学的意向描述自旋粒子的波函数方程。

它不带矛盾地同时遵守了狭义相对论与量子力学两者原理，实则为薛定谔方程的洛伦兹变换协便式。

(x,t)1()(x,t)i m t iψαβψ∂=⋅∇+∂-12狄拉克方程狄拉克方程的意义•狄拉克方程的重要意义在于它能够很好地描述原子光谱的精细结构，并且能够推导出电子的自旋量子数，狄拉克甚至基于这个方程提出了负电子海、空穴等概念•预言了正电子的存在。

正电子•正电子，又称阳电子、反电子、正子，基本粒子的一种，带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。

也叫阳电子。

两者除电荷符号相反外，其他性质（静止质量、电荷的电量、自旋）都相同。

•1928年Dirac在求解相对论性的电子运动的Dirac方程时预言正电子的存在。

•1932年Andersan在威尔逊云室研究宇宙射线时发现了正电子。

科技小论文——神奇的“反物质”自然界纷呈多样的宏观物体还原到微观本源，它们都是由质子、中子和电子所组成的。

这些粒子因而被称为基本粒子，意指它们是构造世上万物的基本砖块，事实上基本粒子世界并没有这么简单。

在30年代初，就有人发现了带正电的电子，这是人们认识反物质的第一步。

到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。

反物质是正常物质的反状态。

当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，发生爆炸并产生巨大能量。

反物质概念是英国物理学家保罗·狄拉克最早提出的。

他在20世纪30年代预言，每一种粒子都应该有一个与之相对的反粒子，例如反电子，其质量与电子完全相同，而携带的电荷正好相反。

且电子的自旋量子数是-0.5而不是+0.5。

1932年，美国科学家安德森发现了一种特殊的粒子，它的质量和带电量同电子一样，只是它带的是正电，而电子带的是负电。

因此，人们称它为正电子。

正电子的发现引起了科学界的震惊和轰动。

它是偶然的还是具有普遍性?如果具有普遍性，那么其它粒子是不是都具有反粒子?于是，科学家们在探索微观世界的研究中又增加了一个寻找的目标。

1955年，在美国的实验室中反质子被找到了。

后来，又发现了反中子。

60年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。

一个反物质的世界渐渐被科学家像考古般地“挖掘”了出来。

欧洲核子研究中心的科学家们在欧洲当地时间的2010年11月17日表示，通过大型强子对撞机，他们已经俘获了少量的“反物质”。

当然，这些“反物质”只是少量的反氢原子而已，但这一发现也是引发了科学家极大的反响。

位于日内瓦的欧洲核子研究中心一直以来也在为破解这一难题而不懈的努力。

欧洲核子研究中心拥有世界上能量最高的粒子对撞机——大型强子对撞机，这一对撞机的使命就是探究宇宙的起源，寻找那些未经证实的可能存在的物理现象。

在17日研究人员宣布，在经过了不懈的努力之后，大型强子对撞机终于发现了几十个氢原子的…反物质‟。