反质子的发现

发现反质子标志着人类对反世界的认识又上了一个新的台阶，这是狄拉克理论的一个胜利，也是人工加速带电粒子的努力所取得的又一项重大成果。粒子和反粒子之间的对称性，成了物理学的一个新真理。这个新发现令人们猜测，可能存在一个反世界。

狄拉克的预言

1928年，狄拉克预言了反质子的存在，但证实它的存在却花了20多年的时间。根据狄拉克的理论，反质子的质量与质子相同，所带电荷相反，质子与反质子成对出现或湮没，用两个普通的质子碰撞便可获得反质子。

20世纪50年代，在伯克利辐射实验室，以劳伦斯为首的核物理学家们正在努力建造一种能量更高，规模更大的加速器——质子同步稳相加速器。他们的目标指向新的核子。电子的反粒子早已于1932年被发现，这就是反电子。根据狄拉克理论，人们一直在期望能发现反质子和反中子。只要简单地把狄拉克理论应用到质子，就可以预见到反质子的特性，其质量和质子相等，电量和磁矩则大小相等且符号相反，但是，斯特恩却发现质子的磁矩和狄拉克理论的推算竟完全不同，这清楚地表明了，不能作简单的类比。虽然观察宇宙射线对此能有所启示，例如1947年海瓦德就曾报道过观察到类似的事例，却不能做出明确的结论。

▲伯克利辐射实验室外景

西格雷和张伯伦的发现

1955年伯克利辐射实验室的质子同步稳相加速器的能量达到了6Gev，相当于在质量中心可达2GeV。这是要产生质子—反质子对所需的最小能量。人们正是按这要求设计这台大型加速器的。

张伯伦—西格雷小组用这台设备把质子加速到6.2GeV，打到铜靶上，如果一切正常，应该能从出射束中检测到反质子。但是出射束是质子、中子和各种介子的混杂物。要从这堆亚原子的混杂物中检测出反质子却不是一件容易的事。它带负电，用磁场就可以从其在磁场中的偏转检验出来。但要确定其质量，却必须对它同时测量两个独立的量：动量和能量（或速度和射程）。这一测量是用磁装置和在10米多远处安装的切连科夫计数器进行的。从照相乳胶所得的爆炸性核蜕变“星形”径迹记录，可以判断是反质子轰击原子核的事件，从而证明了反质子的存在。

张伯伦和西格雷的成功标志在于：他们能从包含有许多其他粒子的射束中鉴别出非常稀少的反质子。用磁场分析射束，3万个粒子中仅有一个是反质子，而用早期的装置每15分钟才能记录到一个反质子。当他们记录到40个事件在误差范围内显示有反质子之后，他们才肯定确实是发现了反质子。

次年，考克等人也用计数器方法显示了反中子的存在。他们是用反质子轰击质子，在湮没过程中产生了中子和反中子。1958年又有人用π介子束使核乳胶记录到反A粒子。伯克利的阿尔瓦雷斯用氢泡室发现了反∑粒子。

1955年西格雷和张伯伦发现反质子标志着人类对反世界的认识又上了一个新的台阶，这是狄拉克理论的一个胜利，也是人工加速带电粒子的努力所取得的又一项重大成果。

1959年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州伯克利加州大学的西格雷和张伯伦，以表彰他们发现了反质子。

可能存在一个反世界

自1951年能够产生介子的同步稳相加速器开始在芝加哥运转以后，那里的科学家就集中力量寻找各种基本粒子存在的证据。费米发现正π介子与质子的碰撞截面显出非常高的极大值。在这以后，人们在这一能区陆续发现了数百种新粒子。

这些新发现令人们相信，反物质是存在的，甚至还可能存在一个反世界。

粒子和反粒子之间的对称性，成了物理学的一个新真理。对每个粒子都有其质量相同，电荷相反，奇异数相等也相反，自旋相等，磁矩相等和相反的反粒子。简言之，所有的性质或是相同或是相反。人们相信，如果用反质子和反中子代替原子核中的质子和中子的话，就得到一个反原子核。如果再配以反电子即正电子，就可形成反原子。再用反原子组成反分子，甚至可以构成反物质和在宇宙里存在反物质区。这一切仍然是一个神秘的未知世界。