發現反物質 │ 科學史上的今天：08/02

2015/08/02 |

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1932 年的今天，在加州理工學院做博士後研究的卡爾 · 安德森（Carl D. Anderson, 1905－1991）再次開著小卡車上到威爾遜山。他將車停在一個開闊的地點後，熟練地調整放在車後的雲霧室，準備拍下宇宙射線穿越雲霧室後所留下的蹤跡。

他跟著密立根研究宇宙射線已經兩年了，也對著雲霧室拍了無數的相片，試圖從中發現甚麼端倪。如今他已頗能體會天文學家的孤寂，他們日復一日地在望遠鏡旁守候、觀測、拍照，期待運氣夠好，能從一模一樣的天體照片中發現差異。而自己現在做的不也是類似的事情嗎？

不過他還是試著提高自己的中獎機率──改良雲霧室。他加上了活塞可以藉由氣體體積膨脹而急速降壓冷卻，並且在水蒸氣中混合酒精，因此可以得到比同儕更好的攝影效果。再來就只能靠耐心與運氣了。沒想到這一天，幸運真的降臨了！

洗出來的相片（上圖）上有個粒子的行進方向與電子相反，顯然是帶正電。但從其軌跡的曲率推算，又絕不可能是質子，事實上，它的質量大小幾乎與電子一樣，可以說就是帶正電的電子；於是安德森將這個前所未見的粒子命名為正子（Positron），對外發表。這個正子就是狄拉克前一年所預言的「反電子」，代表電子的反物質；當時受到物理界的普遍懷疑。如今安德森證實了它的存在，讓狄拉克立即在第二年就獲頒諾貝爾物理獎；安德森自己也因此於 1936 年得到諾貝爾物理獎。

就在 1936 這一年，安德森又與學生共同從宇宙射線中發現另一個基本粒子──渺子（muon）。他們原本以為這是湯川秀樹所預測的 π 介子，結果竟是完全不在物理學家的理論之中的奇特粒子。諾貝爾物理獎得主拉比（Isidor Rabi）還調侃道：「這是誰點的啊？」（Who ordered that?）

大多數科學家一生都無法發現新粒子，安德森竟然短短幾年內（尤其是在粒子加速器發明之前）就發現了兩個，難道幸運女神特別眷顧他？其實不然，後來我們知道他並不是捕捉到正子身影的第一人，約里奧─居禮夫婦在他之前就拍攝到正子的軌跡，只是他們理所當然以為是質子，未加以深究，才讓機會就這麼溜走，拱手將諾貝爾獎的桂冠讓予耐心守候的安德森。