预言与发现
1928年，英国物理学家保罗·狄拉克在把狭义相对论与量子力学结合起来描述电子时得出结论：必定存在一种质量与电子相同、但带正电的粒子。四年后的1932年，加州理工学院的卡尔·安德森在宇宙射线照片中发现了它，并命名为“正电子”；两人分别于1933年和1936年获得诺贝尔物理学奖。1955年，反质子在加速器中被制造出来，此后人们确认每一种基本粒子都有对应的反粒子。
湮灭与应用
粒子与反粒子相遇时会双双消失，全部质量按E=mc²转化为伽马射线等能量，称为“湮灭”。1克反物质与物质湮灭，释放的能量约为广岛原子弹的两倍。然而人类迄今制造的反物质总量只有几十纳克，且制造所需能量远超其释放的能量，因此用作燃料或武器仍属科幻。相比之下，医院的PET（正电子发射断层扫描）早已是日常的反物质技术：注入体内的示踪剂放出正电子，与电子湮灭后产生的伽马射线可用来发现肿瘤。
为什么宇宙只剩下物质？
大爆炸之后，物质与反物质本应以几乎相等的数量产生，但今天的宇宙几乎全由物质构成。据估计，每十亿对粒子中大约多出一个物质粒子，其余全部湮灭成了光。这种不对称为何出现是物理学的重大谜题；1967年安德烈·萨哈罗夫提出了所需条件，但仅凭标准模型无法充分解释。CERN已成功制造并囚禁反氢原子，2023年ALPHA实验首次直接证实反物质也像物质一样向下坠落。它与暗物质并列为现代宇宙学最重要的未解问题之一。
常见问题
- 反物质会向上掉吗？
- 不会。2023年CERN的ALPHA-g实验证实，反氢原子像普通物质一样向下坠落，其精确加速度仍在测量中。
- 自然界中哪里会产生反物质？
- 宇宙射线撞击大气、雷暴中的闪电以及钾-40等放射性元素衰变时都会产生正电子。香蕉中的钾偶尔也会放出一个正电子。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Dirac, P. A. M. (1928). The quantum theory of the electron. Proceedings of the Royal Society A, 117(778), 610–624.
- Anderson, C. D. (1933). The positive electron. Physical Review, 43(6), 491–494.
- ALPHA Collaboration (Anderson, E. K., et al.) (2023). Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter. Nature, 621, 716–722.