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反粒子是相對於正常粒子而言的,它們的質量、壽命、自旋都與正常粒子相同,但是所有的內部相加性量子數(比如電荷、重子數、奇異數等)都與正常粒子大小相同、符號相反。有一些粒子的所有內部相加性量子數都為0,這樣的粒子叫做純中性粒子,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樣結合起來就形成了反原子,是正電子、反質子、反中子、反中微子、反介子、反超子等粒子的統稱,由反原子構成的物質就是反物質[1]

粒子簡介

原子核以下層次的物質的單獨形態以及輕子光子,統稱粒子。在歷史上,有些粒子曾被稱為基本粒子

所有的粒子,都有與其質量、壽命、自旋、同位旋相同,但電荷、重子數輕子數、奇異數等量子數異號的粒子存在,稱為該種粒子的反粒子。除了某些中性玻色子外,粒子與反粒子是兩種不同的粒子。

一切粒子均有其相應的反粒子,如電子e-的反粒子是正電子e+,質子p的反粒子是反質子,中子n的反粒子是反中子,1959年王淦昌領導的小組發現的反西格碼負超子是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,其反粒子就是它們自己。

發現過程

反粒子最早是1928年P.A.M.狄拉克理論上預言正電子而提出的,1932年被C.D.安德森實驗發現而證實;1956年美國物理學家張伯倫在勞倫斯-伯克利國家實驗室發現了反質子,他用玻璃管中的被粒子加速器加速過的高能粒子對相撞,發現在突然間成對出現了幾道軌跡,又在短時間內相撞而互相湮滅,這是人們第一次直接觀測到反粒子。進一步的研究發現,狄拉克的空穴理論玻色子不適用,因而不能解釋所有的粒子和反粒子。根據量子場論,粒子被看作是場的激發態,而反粒子就是這種激發態對應的復共軛激發態。

正反粒子是從場論的觀點來認識的,場的激發態表現為粒子,與之對應,場的復共軛激發態表現為反粒子。當γ光子的能量大於某種粒子靜能的兩倍,在一定的條件下就可以產生正反粒子對;反之,正反粒子相遇可湮滅並產生兩個光子或 3 個光子,遵從質量-能量守恆和動量守恆

每一種粒子都有一個和它的質量、壽命、自旋嚴格相等,而電荷卻正好相反的反粒子存在,這是狄拉克在他的正電子預言中提出來的。狄拉克方程預言了一種新的電子——正電子,從而開創了反原子、反物質、反世界的研究。1932年美國物理學家安德森在宇宙線的研究中發現了正電子[2],這是人類發現的第一個反粒子。

視頻

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參考文獻