当时的困境
1928 年的狄拉克方程漂亮得让人不安：它把量子力学与狭义相对论缝在一起，自动给出电子的自旋与磁矩。代价是方程的解里有一半带着负能量。
按这些解，一个普通电子可以不断向下跌进负能态、无限地放出能量。世界会在瞬间垮掉。
狄拉克的第一个补救办法是「海」：假设所有负能态都已经被电子填满，泡利不相容原理不许别的电子再跌进去。若这片海里挖走一个电子，留下的空穴表现得像一个带正电的粒子。
然后他猜错了那个空穴是什么。 1929 至 1930 年，他坚持认为空穴就是质子——毕竟当时已知的带正电的粒子只有质子，而他不愿凭空发明新粒子。外尔从对称性上指出这不可能：空穴的质量必须与电子相同。奥本海默补了一刀：若质子真是电子的空穴，普通原子里的电子会迅速与质子湮灭，氢原子活不过十亿分之一秒。
1931 年，狄拉克终于让步，在一篇主要讨论磁单极的论文里写下：这个空穴应当是一种尚未被实验发现的新粒子，质量与电子相同、电荷相反，他称之为「反电子」。
多数物理学家不信。玻尔、泡利都公开表示怀疑，把它当作一个数学上的赘生物。
洞见时刻
答案来自一个完全没在找它的人。
在加州理工，安德森正用一台自制的云室研究宇宙线：把云室放进 1.5 万高斯的强磁场，带电粒子的径迹会被磁场掰弯，从弯曲方向可以读出电荷正负，从曲率半径可以读出动量。
1932 年 8 月 2 日，他拍到一条弯错方向的径迹。电离本领看上去和电子一样——如果它是质子，以那样的动量会电离得猛烈得多，径迹会粗而短。可它细而长，就像电子，只是弯向另一边。
只有一种平庸的解释需要排除：那会不会是一个从下往上飞的普通电子？ 同一张照片里，弯曲方向的含义完全取决于粒子的行进方向。安德森的装置里有一个决定性的设计：云室中间横着一块 6 毫米厚的铅板。粒子穿过铅板会损失能量，动量变小、曲率变大。照片显示，径迹在铅板上方那一段弯得更厉害——说明它是自下而上穿过去的，于是电荷的正负就此锁死。
他在 1932 年 9 月的《科学》上报告了这个结果，措辞谨慎，称之为「易偏转的正粒子」；1933 年的《物理评论》论文里才写下那句结论：必须求助于一种带正电、质量与电子相当的粒子。名字也是他起的——positron。
他当时并不是在验证狄拉克。 加州理工确实有人在议论那个理论，但安德森的课题是宇宙线，那条径迹属于撞上的一类，而不是找到的一类。
值得补一句的是，同一栋楼里还有一份更早、当时无人读懂的证据：1930 年，赵忠尧先测钍 C″ 的硬伽马射线穿过重元素时的吸收，记录到铅的吸收超出理论的部分；接着做散射实验，又测到铅放出一种各向同性、约 0.5 MeV 的额外辐射。那是电子对的产生与湮灭辐射，比这张照片早两年（详见本站赵忠尧页）。
同一时期，剑桥的布莱克特与奥恰利尼走的是另一条路：他们用两个盖革计数器符合触发云室，只在真有粒子穿过时才拍照，效率比守株待兔高出几十倍。他们其实更早看到了正电子径迹，却为了万无一失反复核查，1933 年 2 月才发表——那篇论文给出的证据比安德森充分得多，还第一次明确地把它与狄拉克的理论对上，并指出正负电子是成对产生的。谨慎让他们错过了优先权。
涟漪效应
反物质从此不是一个说法，而是一类可以制备、储存、测量的东西。1955 年，张伯伦与塞格雷在伯克利的高能质子加速器上造出了反质子；此后反中子、反氘核逐一到手。2010 年之后，欧洲核子研究中心的实验已经能把反氢原子捕获住数小时，并测量它的光谱与它在重力场中的下落方向——迄今为止，它与氢的行为在实验精度内完全对称。
正电子还成了别的领域的工具。PET 扫描（正电子发射断层成像）把发射正电子的同位素注入人体，正电子几毫米内就与电子湮灭成两个方向相反的伽马光子，探测器阵列由此反推出湮灭点的位置——医院里每天都在用 1932 年那张照片上的东西。
在物理内部，正负电子对撞机成了最干净的实验平台：两束点状粒子迎头相撞、能量完全用于产生新粒子，J/ψ 的确认、τ 轻子的发现、Z 玻色子的精密测量都出自这类机器。
而最大的问题恰恰由此产生。 既然物质与反物质如此对称，宇宙为什么几乎全是物质？我们的存在本身，就是这条对称性在某处被打破的证据（见本站「重子不对称」页）。
如果没有它
抽掉反物质，二十世纪的粒子物理没有起点：狄拉克方程会一直背着「负能量」这个病灶，量子场论中「粒子与反粒子成对产生、成对湮灭」这套记账方式也无从建立——今天每一张费曼图里那条倒着走的线，都是 1932 年那条弯错方向的径迹的后代。
医院里的 PET 检查、癌症分期与阿尔茨海默病的早期诊断，用的都是正电子湮灭。而每一次讨论宇宙为什么存在，最终都要回到同一个问题：那些本该与我们成对出现的反物质，去哪儿了。