Для всякой известной элементарной частицы имеется вероятность найти античастицу - то ест частицу с той же массой, но противоположными другими физическими характеристиками.
В 1920-е годы - после введения принципов квантовой механики - субатомный мир представлялся крайне простым. Всего два вида элементарных частиц - протоны и нейтроны - составляли ядро атома (хотя экспирементально существоваие нейтронов и было подтверждено лишь в 1930-е годы), и один вид частиц - электроны - существовали за пределами ядра, вращаясь вокруг него на орбитах. Казалось, всё многообразние Вселенной выстроено из этих трех частиц.
Увы, столь простой картине мира суждено было просуществовать недолго. Ученые, оборудовав высокогорные лаборатории по всему миру, принялись за изучение состава космических лучей, бомбардирующих нашу планету (см. Элементарные частицы), и вскоре начали открывать всевозможные частицы, не имеющие ни малейшего отношения к вышеописаной идиллической триаде. В частности, были обнаружены совершенно немыслимые по своей рироде античастицы.
Мир античастиц - своего рода зеркальное отражение знакомого нам мира. Масса античастицы в точности равняется массе частицы, которой она вроде бы соответствует, но все ее остальные характеристики противоположны прообразу. Например, электрон несет отрицательный электричский заряд, а парная ему античастица - "позитрон"(производное от "позитивный электрон") - положительный. У протона заряд положительный, а у антипротона - отрицательный. И так далее. При взаимодействии частицы прекращают свое существование, а их масса преобразуется в энергию, которая рассеивается в пространстве в виде вспышки фотонов и прочих серхлегких частиц.
Существование античастиц впервые предсказал Поль Дирак в статье, опубликованной им в 1930 году. Чтобы понять, как ведут себя частицы и античастицы при взаимодействии по Дираку, представьте себе ровное поле. Если взять лопату и вырыть в нем ямку, в поле появятся два объекта - собственно ямка и кучка грунта рядом с ней. Теперь представим, что кучка грунта - это обычная частица, а ямка, или "отсутствие кучки грунта", - античастица. Засыпьте ямку ранее извлеченным из нее грунтом - и не останется ни ямки, ни кучки (аналог процесса аннигиляции). И снова перед вами ровное поле.
Пока шло теоритизирование вокруг античастиц, молодой физик-эксперементатор из Калифорнийского технологичекого института Карл Дейвид Андерсон (Carl David Anderson, 1905-1991) монтировал оборудование астрофизической лаборатории на вершине Пайк в штате Колорадо, намереваясь заняться изучением космических лучей. Работая под руководством Роберта Милликена (см. Опыт Милликена), он придумал установку для регистрации космических лучей, состоящую из мишени, помещенной в мощное магнитное поле. Бомбардируя мишень, частицы оставляли в камере вокруг мишени треки из капелек конденсата, которые можно было сфотографировать и по полученным фотографиям изучать траектории движения частиц.
При помощи этого аппарата, получившего название конденсационная камера, Андерсон смог зарегистрировать частицы, возникающие в результате столкновение космических лучей с мишенью. По интенсивности трека, оставленного частицей, он мог судить о ее массе, а по характеру отклонения ее траектории в сагнитном поле - определить электрический заряд частицы. К 1932 году ему удалось зарегистрировать ряд столкновений, в результате которых образовывались частицы с массой, равной массе электрона, однако отклонялись они под воздействием магнитного поля в противоположную сторону по сравнению с электроном и, следовательно, имели положительный электрический заряд. Так была впервые экспериментально выявлена аничастица - позитрон. В 1932 году Андерсон опубликовал полученные резульаты, а в 1936 году был отмечен за них половиной Нобелевской премии по физике. (Вторую половину премии получил австрийский физик-эксперементатор Виктор Франц Гесс (Victor Franc Hess, 1883-1964), впервые экспериментально подтвердивший существование космических лучей) Это был первый (и, пока что, последний) случай присуждения Нобелевской премии ученому, официально даже не числившемуся на тот момент в штате научных сотрудников своего университета!
Хотя вышеописанный пример, казалось бы, служит идеальной илюстрацией сценария "предсказание - проверка" в рамках научного метода, описанного во Введении, историческая реальность представляется не столь простой, как кажется. Дело в том, что Андерсон, судя по всему, не знал о публикации Дирака абсолютно ничего до своего экспериментального открытия. Так что в данном случае речь идет, скорее, об одновременном теоретическим и экспериментальном открытии позитрона.
Все следующие за позитроном античастицы были экспериментально обнаружены уже в лабораторных условиях - на ускорителях. Сегодня физики-экспериментатор имеют возможность буквально штамповать их в нужных количествах для текущих экспериментаторов, и чем-то из ряда вон выходящим античастицы давно не считаются.