※ 引述《fleeaaa (天天)》之銘言：
: 把石頭打開裡面寫著"卜"這個字
: ANS:石內卜
反電子的另一種?
A:正電子
正電子（又稱陽電子、反電子、正子，英語：Positron），是電子的反粒子，即電子的對
應反物質。它帶有+1單位電荷，+1.6×10-19C，自旋為1/2，質量與電子相同，皆為9.10
×10-31kg。
正電子與電子碰撞時會產生湮滅現象，這一過程遵守電荷守恆、能量守恆、動量守恆和角
動量守恆。在高能情況下，湮滅會生成其他基本粒子。在低能情況下，正負電子湮滅主要
生成兩個或三個光子（有時也會生成更多光子）。另外，電子和正電子在湮滅之前有時會
形成亞穩定的束縛態，即正子電子偶。根據電子和正電子的不同自旋狀態，正子電子偶分
為單態（1S0，總自旋為0）和三重態（3S1，總自旋為1）。在真空中，單態正子電子偶的
半衰期為125ps。三重態正子電子偶的半衰期為142ns。
當能量超過1.02兆電子伏特的光子經過原子核附近時（成對產生），或者在放射性元素的
正β衰變中（通過弱交互作用），都有可能產生正電子。
1930年英國物理學家保羅·狄拉克從理論上預言了正電子的存在，1932年美國物理學家卡
爾·戴維·安德森在宇宙射線中發現了正電子。
保羅·狄拉克於1928年發表了一份論文[2]，當中提出電子能夠擁有正電荷及負電荷。在
這份論文中，狄拉克首次引進了狄拉克方程式，這條方程式統一了量子力學、狹義相對論
及電子自旋，而自旋當時還是一個很新的概念，用於解釋塞曼效應。論文中狄拉克並沒有
明確地預測新粒子的存在，但他允許電子可以用正能量或負能量作解。正能量解成功解釋
了實驗結果，但負能量解卻令狄拉克相當困惑，因為在他的數學模型中負能量解跟正能量
解一樣有效。在量子力學中是不能夠無視負能量解的，這點就跟經典力學很不一樣；雙重
解意味著電子有可能會在正負能量態間自發跳躍。然而，實驗並沒有觀測到這樣的躍遷。
狄拉克把這個理論與觀測間的衝突稱為「未解決的難題」。
狄拉克於1929年十二月撰寫了一份後續論文，嘗試解釋相對論性電子那無可避免的負能量
解[3]。他的論點是「……在外加（電磁）場中的負電荷粒子會像正電荷粒子那樣移動」
。他繼續論述說所有空間都可被視為充滿負能量態的「海」，因此這樣就阻止了電子在正
能量態（負電荷）與負能量態（正電荷）間的躍遷。論文同時探討了質子是這種海中的島
的可能性，及這種島其實是負電荷電子的可能性。狄拉克承認，質子與電子的巨大質量差
是一個難題，但同時表示將來的理論「有希望」解決這個問題。
對於狄拉克使用質子作為電子的負能量解，羅伯特·奧本海默表示強烈反對。他斷言如果
這是真的，那麼氫原子就會瞬間自爆[4]。被奧本海默的論點說服，於是狄拉克在1931年
發表了一篇論文，他在文中預測出一種未被發現的粒子，他叫這種粒子「反電子」，它的
質量與電子一樣，並且與電子接觸時會互相湮滅[5]。
理察·費曼及在他之前的厄恩斯特·斯蒂克爾堡，提出了一種對狄拉克方程式負能量解的
詮釋，就是正電子是逆時間而行的電子[6]。逆時間而行的電子，其電荷為正電荷。約翰
·惠勒援引這個概念，來解釋所有電子都共有的性質，同時指出在有自交互作用的複世界
線上，「它們都是一樣的電子」[7]。後來，南部陽一郎將這樣的一套理論，應用於所有
物質－反物質對的創生與湮滅，還說明了「平常所見成對的最終創生與湮滅，並不是創生
與湮滅，而是移動中的粒子改變方向而已，從過去到將來，又或是從將來到過去」[8]。
現時物理學家已經接受了逆時間觀點，與其他繪景等價，但這個詮釋卻沒有宏觀的「因果
」，因為微觀物理描述並沒有因果。
德米特里·斯科別利岑（Dmitri Skobeltsyn）最早於1929年觀測到正電子[9][10]。在嘗
試用威爾遜雲室[11]來偵測宇宙射線中伽馬輻射的時候，斯科別利岑探測到一種行動像電
子的粒子，但它在磁場中的彎曲方向與電子相反[10]。
同樣地，加州理工學院的一名研究生趙忠堯在1929年也注意到類似的實驗結果，顯示有一
種性質像電子的粒子，但其電荷為正，不過由於實驗結果並非決定性，所以趙忠堯並沒有
繼續追查這個現象[12]。
卡爾·D·安德森於1932年8月2日發現正電子[13]，亦因此於1936年獲頒諾貝爾物理學獎
[14]。「正電子」（positron）一詞是由安德森所創的。正電子是第一種被發現的反物質
，因此當時成了反物質存在的證據。在發現時，安德森讓宇宙射線通過雲室及鉛片。儀器
被磁鐵包圍，而這些磁鐵使不同電荷的粒子向不同的方向彎曲。每一粒通過照相底片的正
電子，都會有一條離子軌跡，其曲率對應電子的質荷比，但軌跡方向與電子相反，意味著
它的電荷也與電子相反。
後來安德森在憶述往事時寫道，假若之前趙忠堯的研究有後續的話，那麼正電子在那個時
候就會被發現了[12]。在安德森公佈發現正電子的時候，巴黎的弗雷德里克·約里奧-居
禮與伊雷娜·約里奧-居禮夫婦已經持有有正電子軌跡的老照片，不過他們當時認為那軌
是屬於質子的，因此不予理會。
應用[編輯]
某些粒子加速器實驗需要使正電子與電子在相對論性速度下對撞。高撞擊能量與這些物質
─反物質湮滅，能生成一整束各種各樣的次原子粒子。物理學家就是通過研究這些碰撞，
來測試理論預測及尋找新的粒子。
放射性核素（示蹤物）所發射的正電子與生物體內電子湮滅所產生的伽馬射線，可用正電
子發射計算機斷層掃描（PET）來探測。PET掃描器能做出詳細的三維圖像，顯示人體的新
陳代謝[17]。
材料研究中有一種工具叫正電子湮滅能譜（Positron Annihilation Spectroscopy, PAS
），用於偵測固體材料中的密度差異、缺陷、位移或甚至空隙[18] 。
註釋[編輯]