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反粒子是相对于正常粒子而言的,它们的质量、寿命、自旋都与正常粒子相同,但是所有的内部相加性量子数(比如电荷、重子数、奇异数等)都与正常粒子大小相同、符号相反。有一些粒子的所有内部相加性量子数都为0,这样的粒子叫做纯中性粒子,反粒子就是它本身,比如光子、π0介子等。

如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子,是正电子、反质子、反中子、反中微子、反介子、反超子等粒子的统称,由反原子构成的物质就是反物质[1]

粒子简介

原子核以下层次的物质的单独形态以及轻子光子,统称粒子。在历史上,有些粒子曾被称为基本粒子

所有的粒子,都有与其质量、寿命、自旋、同位旋相同,但电荷、重子数轻子数、奇异数等量子数异号的粒子存在,称为该种粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外,粒子与反粒子是两种不同的粒子。

一切粒子均有其相应的反粒子,如电子e-的反粒子是正电子e+,质子p的反粒子是反质子,中子n的反粒子是反中子,1959年王淦昌领导的小组发现的反西格码负超子是Σ-的反粒子。有些粒子的反粒子就是它自己。如γ光子、π0介子和η介子。一些中性玻色子如光子、π0介子等,其反粒子就是它们自己。

发现过程

反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理论上预言正电子而提出的,1932年被C.D.安德森实验发现而证实;1956年美国物理学家张伯伦在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子,他用玻璃管中的被粒子加速器加速过的高能粒子对相撞,发现在突然间成对出现了几道轨迹,又在短时间内相撞而互相湮灭,这是人们第一次直接观测到反粒子。进一步的研究发现,狄拉克的空穴理论玻色子不适用,因而不能解释所有的粒子和反粒子。根据量子场论,粒子被看作是场的激发态,而反粒子就是这种激发态对应的复共轭激发态。

正反粒子是从场论的观点来认识的,场的激发态表现为粒子,与之对应,场的复共轭激发态表现为反粒子。当γ光子的能量大于某种粒子静能的两倍,在一定的条件下就可以产生正反粒子对;反之,正反粒子相遇可湮灭并产生两个光子或 3 个光子,遵从质量-能量守恒和动量守恒

每一种粒子都有一个和它的质量、寿命、自旋严格相等,而电荷却正好相反的反粒子存在,这是狄拉克在他的正电子预言中提出来的。狄拉克方程预言了一种新的电子——正电子,从而开创了反原子、反物质、反世界的研究。1932年美国物理学家安德森在宇宙线的研究中发现了正电子[2],这是人类发现的第一个反粒子。

视频

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参考文献