图17-1 电子- 正电子对在云室中留下的轨迹

正电子的发现引发了科学家们新的探索之旅。1955 年，反质子在美国的一家实验室中被发现，其后人们又发现了反中子。到20 世纪60 年代，基本粒子中的反粒子差不多全被人们找到了。

狄拉克获得了1933 年的诺贝尔物理学奖。按照惯例，在斯德哥尔摩瑞典皇家学院接受诺贝尔奖时，获奖人应做一个简短的演讲。狄拉克在接受他的奖金时说：

“地球中所包含的负电子和正质子占多数，我们更应该把这看作是一种偶然现象。对其他星球很可能是另一番情景，那些星球有可能主要是由正电子和负质子构成的。实际上，有可能存在每种方式各构成一半的星球……而且可能没办法区分它们。”

现在我们知道，对每一个粒子而言，都存在着与其具有相同的引力性质，但带着相反符号荷（电荷与核力荷）的反粒子。粒子和反粒子碰撞在一起，就湮灭而产生纯粹的能量闪光。

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反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的物质。反物质是物质的“镜像”形式。

1995 年，欧洲核子研究中心的科学家在世界上制成了第一批反物质——反氢原子。科学家利用加速器，将速度极高的负质子流射向氙原子核，以制造反氢原子。由于负质子与氙原子核相撞后会产生正电子，

刚诞生的一个正电子如果恰好与负质子流中的另外一个负质子结合就会形成一个反氢原子，其平均寿命仅为30ns（一亿分之三秒）。2011 年，欧洲核子研究中心的科研人员宣布已成功抓取反氢原子超过16min。同年，在位于纽约长岛的美国布鲁克海文国家实验室，来自多个国家的科学家们合作制造出了迄今最重的反物质——反氦原子。

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1997 年，美国天文学家宣布，他们利用先进的γ 射线探测卫星发现在银河系上方约3500 光年处有一个不断喷射反物质的反物质源，它喷射出的反物质在宇宙中形成了一个高达2940 光年的“喷泉”。这是宇宙反物质研究领域的一个重大突破。现在人们最想知道的就是，宇宙中真的存在反物质星球吗？

17.2 宇宙隐形人：中微子

1899 年，卢瑟福发现β 衰变现象，它涉及的是原子核中的一个中子转化成一个质子，并伴随着一个高速电子的释放。

中微子的发现来自对β 衰变的研究。人们发现，物质在β 衰变过程中释放出的电子只带走了它应该带走的能量的一部分，还有一部分能量失踪了。玻尔据此认为，β 衰变过程中能量守恒定律失效。

能量守恒定律失效这个说法太过牵强。1930 年，奥地利物理学家泡利提出了一个假说，他认为在β 衰变过程中，除了电子之外，同时还有一种静止质量为零、电中性、与光子有所不同的新粒子放射出去，带走了另一部分能量，因此出现了能量亏损。这种粒子与物质的相互作用极弱，以至仪器很难探测到。1931 年，泡利提出，这种粒子并非原本就存在于原子核中，而是由衰变产生的。

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泡利预言的这个窃走能量的“小偷”被意大利物理学家费米命名为“中微子”，意为“微小的中性粒子”。1934 年，费米在中微子理论研究中做出了重大贡献，他的创举在于将β 衰变归结于粒子的产生和湮灭。该理论直接为量子物理带来了一个至今仍占中心地位的重要思想：微观世界中的相互作用都是通过产生和湮灭粒子发生的。

中微子个头小，不带电，只参与非常微弱的弱相互作用，具有极强的穿透力，能轻松穿透地球，就像宇宙间的“隐形人”。地球上每平方厘米每秒有600 亿~1200 亿个中微子穿过，但是在100 亿个中微子中才有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。直到1956 年中微子才被观测到，证明了它的存在。

对中微子的研究表明，中微子具有质量，但其质量非常非常小，以至于人们目前还测不出准确数字，只能给出一个质量上限值。