1898年英國(guó)的亞瑟·舒斯特（ArthhurSchuster）預(yù)言反物質(zhì)存在，推測(cè)存在著恰好和一般原子物質(zhì)相反的原子．

1928年狄拉克（Paul Dirac）提出了電子的相對(duì)論性波動(dòng)方程（即狄拉克方程）．他的方程有兩個(gè)解，一個(gè)相應(yīng)于已知電子，另一個(gè)是存在著無(wú)究多負(fù)能量狀態(tài)的解．起初，狄拉克試圖把第二個(gè)解解釋成質(zhì)子，但質(zhì)子的重量要比電子重約2000倍，因此這種觀點(diǎn)不能成立．一些量子力學(xué)先驅(qū)如海森伯（WernerHeisenberg）經(jīng)常被狄拉克的推論深深打動(dòng),但又發(fā)現(xiàn)無(wú)法解釋的新解難以忍受．為了克服這一困難，狄拉克曾假設(shè)真空是充滿了負(fù)能電子的狀態(tài)，為此1930年他提出了“空穴理論”，假設(shè)負(fù)能態(tài)為電子海所填滿．根據(jù)泡利不相容原理，正能態(tài)的電子不可能躍到負(fù)能態(tài)中，但負(fù)能態(tài)中的電子吸收了電磁輻射時(shí)可躍到正能態(tài)成為普通電子，負(fù)能電子海中同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)“空穴”．當(dāng)普通電子返回“空穴”時(shí)，它們將同時(shí)湮沒(méi)而放出Y光子，這個(gè)“空穴”相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)量與電子相同而電荷相反的正電粒子，并且因缺少了負(fù)能而具有正能量，這就是狄拉克預(yù)言的正電子．他的方程預(yù)言了“反物質(zhì)”世界的存在．

1932年卡爾·安德森（Carl Anderson）在宇宙線中發(fā)現(xiàn)了正電子．狄拉克的預(yù)言開(kāi)始得到證實(shí)．人們的下一個(gè)目標(biāo)就是尋找反質(zhì)子，為此美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校建造了高能量的Bevatron回旋加速器用以產(chǎn)生反質(zhì)子，于1954年開(kāi)始運(yùn)行．1955年歐文·張伯倫（ Owen Chamberlain）和艾米利奧·塞格瑞（Emilio Segre）等人發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子．由于該項(xiàng)貢獻(xiàn)，他們獲得了1959年諾貝爾物理獎(jiǎng)．

根據(jù)CPT定理（電荷共軛、宇稱不變、時(shí)間反演）宇宙中每一種粒子都應(yīng)該有一對(duì)應(yīng)的反粒子，它們帶有數(shù)值相等而符號(hào)相反的電荷．當(dāng)一個(gè)粒子和它的反粒子相遇時(shí)，發(fā)生湮沒(méi)形成Y射線．反粒子是否可以組成反原子，由反原子能否組成反分子乃至反物質(zhì)呢？例如物質(zhì)世界中最簡(jiǎn)單的氫原子是由一個(gè)質(zhì)子和核外電子組成的，那么是否存在著由反質(zhì)子和正電子組成的反氫原子呢？地球上肯定沒(méi)有反物質(zhì)，太陽(yáng)系中也沒(méi)有反物質(zhì)，因?yàn)槿绻?yáng)系中有反物質(zhì)，那么物質(zhì)與反物質(zhì)相遇而湮沒(méi)所產(chǎn)生的Y射線早已把我們烘干.天體物理學(xué)家確認(rèn)：我們的星系和星系團(tuán)以至包括我們的超星系團(tuán)在內(nèi)的大約一億光年的空間范圍內(nèi)是由物質(zhì)所組成而沒(méi)有反物質(zhì)．但是量子力學(xué)認(rèn)為，各種基本量（例如電荷和動(dòng)量）是守恒的，宇宙創(chuàng)生時(shí)產(chǎn)生了物質(zhì)，必然產(chǎn)生相等的反物質(zhì)．因?yàn)榉次镔|(zhì)所產(chǎn)生的光應(yīng)該與物質(zhì)是一樣的，所以從光譜上無(wú)法確定反物質(zhì)的存在．分辨物質(zhì)和反物質(zhì)的唯一辦法是對(duì)所研究的星系物質(zhì)樣品進(jìn)行物理檢驗(yàn)．宇宙射線就是原子和由超新星遺留物、恒星或別的天體碎屑放出的原子類物質(zhì)．由反物質(zhì)形成的宇宙線必定來(lái)自一億光年之外的星系，它只占全部宇宙線的百萬(wàn)分之一．到目前為止用各種方法所接收到的宇宙射線中僅發(fā)現(xiàn)少量的反質(zhì)子而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的存在．因此人們只能在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生反原子乃至反物質(zhì)．

反氫原子是最簡(jiǎn)單的反物質(zhì)．要在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生反氫原子必須做兩件十分困難的事情：一個(gè)是要產(chǎn)生大量的反質(zhì)子．這是因?yàn)榉促|(zhì)子與正電子的合成截面很小，為 ,預(yù)計(jì)要產(chǎn)生9個(gè)反氫原子必須有 個(gè)反質(zhì)子．在反應(yīng)中必須有第三種粒子介入，以維持動(dòng)量守恒和能量守恒.二是要使反質(zhì)子和反氫以低于14eV的低能量狀態(tài)存在，使反氫原子不會(huì)立即蒸發(fā)而變成組成它的粒子——反質(zhì)子與反電子．

歐洲核研究中心（CERN）于1980年建成了世界上第一個(gè)制造反質(zhì)子的工廠，研制了復(fù)雜的儀器，產(chǎn)生了物理實(shí)驗(yàn)所需要的反質(zhì)子束．他們用這些反質(zhì)子束進(jìn)行質(zhì)子----反質(zhì)子碰撞并在1983年發(fā)現(xiàn)了帶有弱核力的W和Z粒子． 為了使反質(zhì)子和正電子處于低能狀態(tài)，歐洲核研究中心于1983年建造了低能反質(zhì)子環(huán)，用來(lái)減慢粒子以便探測(cè)質(zhì)子---反質(zhì)子在較低能態(tài)時(shí)的湮沒(méi)．生成的反氫原子能從低能反質(zhì)子環(huán)的直線軌道逃離而到達(dá)磁捕獲器．磁捕獲器的出口連接在環(huán)的直線部分上．磁鐵的設(shè)計(jì)保證這種粒子不會(huì)被擋住而返回． 1996年1月歐洲核研究中心召開(kāi)慶祝會(huì)宣告德國(guó)尤里肯（Julich）物理研究所的沃爾特·奧勒特（Walter Oelert）小組在核研究中心的低能反質(zhì)子環(huán)上從大量事例中探測(cè)出11個(gè)反氫原子（與預(yù)計(jì)的9士2個(gè)相符），這是人類第一次制造的反原子．物理學(xué)家預(yù)言，如果技術(shù)上有進(jìn)一步的改進(jìn)，大量生產(chǎn)反物質(zhì)原子將是可能的． 早在1992年斯坦福直線加速器中心的斯坦·布魯斯基（Stan Brodsky）指出氣體核與反質(zhì)子間的碰撞同樣也會(huì)形成副產(chǎn)品電子---正電子對(duì)．米歇爾·切耐爾（Michel Chauel）等指出：如果反質(zhì)子和正電子速度很接近，則出現(xiàn)的正電子可被反質(zhì)子俘獲而形成反氫原子．在反氫原子的形成中，起主要作用的是以下的二光子機(jī)理其中的一個(gè)反質(zhì)子 與一個(gè)帶電量為Z的核在電磁相互作用下產(chǎn)生兩個(gè)虛光子 ；這兩個(gè)虛光子隨即轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對(duì) 射出．正電子與反質(zhì)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量很低（＜13．6eV＝時(shí)就有可能結(jié)合成一個(gè)快速中性反氫原子 ． 低能反質(zhì)子環(huán)結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)是這樣的．經(jīng)過(guò)收集的反質(zhì)子束穿過(guò) Xe（Z = 54）原子簇靶，在原子核正電荷庫(kù)侖場(chǎng)中，偶爾會(huì)有反質(zhì)子在場(chǎng)中被散射，并將它的部分能量轉(zhuǎn)化為ee+電子對(duì)，個(gè)別正電子速度較低，接近被散射的反質(zhì)子的速度，以至結(jié)合形成反氫原子．由于反氫原子不帶電荷，當(dāng)通過(guò)加速器中的環(huán)形磁鐵時(shí)就偏離束流而到達(dá)硅探測(cè)器上．由于反氫原子與周圍的物質(zhì)一起會(huì)很快湮沒(méi)，所以反氫原子很難直接探測(cè)到．讓它們通過(guò)薄硅探測(cè)器把反氫再分離成反質(zhì)子和正電子，利用高性能探測(cè)器分別探測(cè)從低能反質(zhì)子環(huán)軌道上逃逸的反質(zhì)子---正電子對(duì)．

目前雖然發(fā)現(xiàn)和制造的反物質(zhì)粒子并不多，但反物質(zhì)的一種形式——正電子已經(jīng)有了許多實(shí)際用途．例如正電子發(fā)射X射線層析照相術(shù)（PET）．醫(yī)生利用PET掃描不僅能得出病人軟組織的詳細(xì)圖像而且能夠觀察他們體內(nèi)的化學(xué)過(guò)程，其中包括在進(jìn)行認(rèn)識(shí)活動(dòng)時(shí)大腦各部分消耗“燃料”的速度。反物質(zhì)的一個(gè)潛在的且十分誘人的用途是利用來(lái)制造星際航行火箭的超級(jí)燃料．將反氫與氫混合湮沒(méi)來(lái)加熱氫，那么這種燃料的百分之一克所產(chǎn)生的推力就相當(dāng)于120噸由液態(tài)氫和液態(tài)氧組成的傳統(tǒng)燃料． 科學(xué)家下一步的任務(wù)就是制造并貯存大量的反物質(zhì)，進(jìn)行精確的光譜測(cè)量，以驗(yàn)證反物質(zhì)是否真是物質(zhì)的一個(gè)鏡象，是否存在著微妙差別．CPT聯(lián)合變換是否真的具有不變性．

要貯存大量的反氫，一個(gè)較好的辦法就是利用1936年荷蘭科學(xué)家彭寧（Penning）設(shè)計(jì)的電磁勢(shì)阱．它利用一個(gè)裝有液態(tài)氦的腔室，使其中空部分的溫度維持在華氏-452度（4．2K）左右，這個(gè)液態(tài)氦腔室的四周又有一個(gè)裝滿液態(tài)氮的腔室．在使用前將中空部分抽成高真空，然后將余下不多的少量空氣分子冷凝，使其附著在冰冷的收集器壁上．這樣中空部分就完全真空了，這時(shí)將帶負(fù)電的粒子（例如電子）注入中空部分的中心，那里的許多線圈和電極產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)把電子擠壓到沿收集器中心軸的空間．調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)，能使電子速度降低到幾乎是靜止的程度，即讓電子“冷靜’下來(lái)．然后再把反質(zhì)子送進(jìn)收集器，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)要通過(guò)一大群冷的電子，這會(huì)使它們慢下來(lái)．

CERN所設(shè)想的反氫原子光譜實(shí)驗(yàn)是這樣的．來(lái)自貯存環(huán)中動(dòng)量為100MeV／c的反質(zhì)子束通過(guò)金屬箔減速到keV量級(jí)，隨后。在彭寧電磁勢(shì)阱中繼續(xù)冷卻到meV量級(jí)．來(lái)自放射源的正電子通過(guò)與氣體的碰撞冷卻收集在另一個(gè)彭寧阱中．在第三個(gè)彭寧阱中，反質(zhì)子和正電子相遇結(jié)合成反氫原子．外加的不均勻磁場(chǎng)對(duì)正電子有磁矩作用，產(chǎn)生的磁力將反氫維持在中央，避免與阱壁碰撞．由激光束探測(cè)這些幾乎靜止的反氫原子． 反氫原子這一基本物理體系給物理學(xué)家、化學(xué)家、天體物理學(xué)家?guī)?lái)了一系列新課題，給人類帶來(lái)了新的憧憬．