August 1932: 陽電子の発見
アンダーソンが1932年に撮影した宇宙放射線の雲室写真で、反電子の存在を初めて示しています。
スター・トレックの生みの親であるジーン・ロッデンベリーは、史上最も成功したシリーズの1つとなったこの作品に、多くの実際の科学を取り入れました。
1928年、イギリスの物理学者ポール・ディラックは、アインシュタインの相対性理論に基づき、宇宙に存在するすべての粒子には、それに対応する反粒子があることを示しました。
この仮説を実験的に検証するために、カリフォルニア工科大学のポスドクであるカール・D・アンダーソンがレースを制することになりました。 アンダーソンは1905年、ニューヨークのスイス人両親のもとに生まれ、7歳のときに一家はロサンゼルスに移り、その後すぐに両親は離婚した。 アンダーソンは幼い頃から家計を支えていたが、それでもカリフォルニア工科大学で大学教育を受けることができた。 当初は電気工学を専攻していたが、物理学の授業を受けて感銘を受け、物理学に転向したという。
アンダーソンは、キャリアのほとんどをキャルテックで過ごしました。 彼の初期の研究はX線に関するものでしたが、1930年にビクター・ヘスが宇宙線を発見しました。 アンダーソンは、師であるロバート・A・ミリカンの助言を受け、高エネルギー粒子の研究に目を向けた。 多くの科学者は雲室を使って研究を行っていた。雲室とは、ガラス製の端板が付いた短い円筒の中に、水蒸気で飽和したガスを入れたものである。 イオン化した粒子が雲室を通過すると、水滴の跡が残るので、それを写真に撮ることができる。
アンダソンは雲室を改良して自作し、圧力を急激に下げることができるようにピストンを組み込みました。
アンダソンは雲室を改良し、ピストンを取り付けて圧力を急激に下げ、水とアルコールの混合液を使用した。 そして、同僚たちよりもはるかに良い写真を撮ることができた。 また、雲室の周りに大きな電磁石を設置し、イオン化した粒子の通り道を円形に曲げた。
出来上がった写真を見てアンダーソンは驚きました。宇宙線は正と負の両方の荷電粒子のシャワーを発生させ、正の荷電粒子は予想されるように陽子ではありませんでした。なぜなら、軌道の半径は軌道の長さよりもはるかに短い陽子の停止距離を指定するからです。
アンダーソンとミリカンは、正の電荷を帯びた粒子は逆方向に進む電子ではないかと考えました。
この仮説を検証するために、アンダーソンはチャンバー内に鉛の板を置きました。
1932年8月、アンダーソンは雲室の鉛板を通過する正電荷電子（現在の陽電子）の歴史的な写真を撮影した。
当初は科学界から懐疑的な意見が出ていたが、翌年にはアンダーソンの結果が確認され、陽電子はガンマ線が物質に変化したときに生じる正負の電子のペアの1つであると結論づけられた。
この発見により、アンダーソンは1936年に31歳という最年少でノーベル物理学賞を受賞した。
1955年にカリフォルニア大学バークレー校の研究者によって、通常の正電荷ではなく負電荷を持つ反陽子が発見され、その翌年には反中性子が発見された。
1995年、CERNの研究者たちは、低エネルギー反陽子リング(LEAR)を使って、反陽子を加速するのではなく、減速させました。
3年後には、CERNのグループは1時間あたり2000個もの反水素原子を生成していました。
これでも実用的な反物質推進には十分ではありません。 恒星間を移動するには大量の反陽子が必要ですが、CERNの施設では1年間に100ワットの電球を3秒間点灯させるのに十分な反陽子しか生成できません。
それでも、2000年にNASAの科学者が発表した反物質エンジンの初期設計では、わずか100万分の1グラムの反物質で火星行きの宇宙船に燃料を供給することができるかもしれません。 これは、電子と陽電子の低エネルギーの消滅を利用して脳の内部を画像化する医療画像診断法で、患者に放射性原子核を注入し、それによって生じるガンマ線のペアを観察する。 軽い粒子や反物質を形成するにはエネルギーが足りず、2本のガンマ線となって現れます
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