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第3章 镜子啊墙上的镜子正电子（第1页）

第3章镜子啊，墙上的镜子——正电子

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在科学史上，很少有一个方程能预测这么多新奇的东西。

“科学有一种迷人的魅力，”

马克·吐温说，“根据零星的事实，增添一点猜想，竟能赢得那么多收获!”

科学上没有任何类似的东西能比狄拉克方程更正确了。

我认为，反物质的发现可能是本世纪物理学所有重大成果中最大的飞跃。

——沃纳·海森堡（WernerHeisenberg）[25]

“你是怎么找到狄拉克方程的，狄拉克教授？”

“我觉得它很美。”

——保罗·狄拉克（PaulDirac）[26]

1932年8月2日，加利福尼亚州帕萨迪纳

正电子（positron）的发现是一扇眺望新世界、新宇宙的窗户。

如果在英国的那个古怪家伙看到那张照片，应该立刻能意识到它的意义，但是远在6000英里（约9700千米）外的美国人看着照片只觉得它非同寻常。

这位年轻的美国人就是物理学家卡尔·安德森（derson）。

此刻，安德森正坐在加州理工学院古根海姆航空实验室（GuggeicsLaboratory）三楼的办公桌前，在看他经过坚持不懈、努力工作才得到的一张照片。

安德森放下照片，开始写论文。

这篇论文不仅在未来让他扬名立万，还让他成为有史以来最年轻的诺贝尔物理学奖得主之一。

这一切都要从罗伯特·密立根（RobertMillikan）开始讲起。

密立根是一位魅力非凡的物理学家。

正是他的不懈努力，使帕萨迪纳市的施罗普学院变成了后来世界闻名的加州理工学院，简称加州理工（Caltech）。

让密立根十分感兴趣的是奥地利物理学家维克托·赫斯（VictorHess）在热气球上做实验时发现的神秘的辐射，这种辐射随着海拔的升高而变得越来越强，这表明这些辐射并非来源于地面，而是来源于太空。

1912年，赫斯发现这种辐射的时候，人们对辐射的认识都来自不稳定的元素或称为放射性元素，如铀、钍和镭。

这些元素的核心或原子核以阿尔法粒子（α粒子或氦核）、贝塔粒子（β粒子或电子）和伽马射线（γ射线或高能光子）的形式发射出亚原子子弹。

这三种类型的辐射在穿过空气时，都会使原子电离并溅射出电子。

这些电子可以用验电器（electroscope）探测到，或使盖革计数器发出咔咔声。

赫斯发现的宇宙射线（icrays）——密立根在1925年发明的一个朗朗上口的名字——可产生酷似放射元素辐射时发生的电离现象。

1929年底，密立根问博士快毕业的安德森是否有兴趣研究宇宙射线，这对年轻的学生来说是求之不得的事情。

这位加州理工学院的校长因为测量了电子的电荷而获得了1923年的诺贝尔物理学奖，安德森对他敬畏有加。

[27]

密立根认为，宇宙射线是高能γ射线，其能量比地球上发现的任何射线都要高得多，而宇宙射线碰撞到的电子会反弹，就像台球被母球击中后弹开一样。

通过测量这种康普顿散射（pt）[1]电子的能量，就有可能估测γ射线的能量。

密立根建议安德森使用云室（ber）来完成这项任务。

这个由查尔斯·威尔逊（CharlesWilson）于1911年在剑桥发明的非凡装置，可以揭示亚原子粒子的径迹。

其原理很简单，是直接效法自然而得的。

在自然中，湿润的空气上升，温度渐渐降低，此时，空气会凝结成水珠，从而形成云。

威尔逊模仿了这一过程：将湿润的空气注入玻璃汽缸，然后拉动活塞，让汽缸内的气体体积迅速膨胀，此时水蒸气会迅速冷却凝结成水珠。