1898年英國的亞瑟·舒斯特（ArthhurSchuster）預言反物質(zhì)存在，推測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）提出了電子的相對論性波動方程（即狄拉克方程）．他的方程有兩個解，一個相應(yīng)于已知電子，另一個是存在著無究多負能量狀態(tài)的解．起初，狄拉克試圖把第二個解解釋成質(zhì)子，但質(zhì)子的重量要比電子重約2000倍，因此這種觀點不能成立．一些量子力學先驅(qū)如海森伯（WernerHeisenberg）經(jīng)常被狄拉克的推論深深打動,但又發(fā)現(xiàn)無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)真空是充滿了負能電子的狀態(tài)，為此1930年他提出了“空穴理論”，假設(shè)負能態(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能態(tài)中，但負能態(tài)中的電子吸收了電磁輻射時可躍到正能態(tài)成為普通電子，負能電子海中同時產(chǎn)生一個“空穴”．當普通電子返回“空穴”時，它們將同時湮沒而放出Y光子，這個“空穴”相當于一個質(zhì)量與電子相同而電荷相反的正電粒子，并且因缺少了負能而具有正能量，這就是狄拉克預言的正電子．他的方程預言了“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．狄拉克的預言開始得到證實．人們的下一個目標就是尋找反質(zhì)子，為此美國加州大學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年開始運行．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．由于該項貢獻，他們獲得了1959年諾貝爾物理獎．
根據(jù)CPT定理（電荷共軛、宇稱不變、時間反演）宇宙中每一種粒子都應(yīng)該有一對應(yīng)的反粒子，它們帶有數(shù)值相等而符號相反的電荷．當一個粒子和它的反粒子相遇時，發(fā)生湮沒形成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)世界中最簡單的氫原子是由一個質(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？地球上肯定沒有反物質(zhì)，太陽系中也沒有反物質(zhì)，因為如果太陽系中有反物質(zhì)，那么物質(zhì)與反物質(zhì)相遇而湮沒所產(chǎn)生的Y射線早已把我們烘干.天體物理學家確認：我們的星系和星系團以至包括我們的超星系團在內(nèi)的大約一億光年的空間范圍內(nèi)是由物質(zhì)所組成而沒有反物質(zhì)．但是量子力學認為，各種基本量（例如電荷和動量）是守恒的，宇宙創(chuàng)生時產(chǎn)生了物質(zhì)，必然產(chǎn)生相等的反物質(zhì)．因為反物質(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)的唯一辦法是對所研究的星系物質(zhì)樣品進行物理檢驗．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自一億光年之外的星系，它只占全部宇宙線的百萬分之一．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)子而沒有發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)的存在．因此人們只能在實驗室中產(chǎn)生反原子乃至反物質(zhì)．
反氫原子是最簡單的反物質(zhì)．要在實驗室中產(chǎn)生反氫原子必須做兩件十分困難的事情：一個是要產(chǎn)生大量的反質(zhì)子．這是因為反質(zhì)子與正電子的合成截面很小，為 ,預計要產(chǎn)生9個反氫原子必須有 個反質(zhì)子．在反應(yīng)中必須有第三種粒子介入，以維持動量守恒和能量守恒.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制造反質(zhì)子的工廠，研制了復雜的儀器，產(chǎn)生了物理實驗所需要的反質(zhì)子束．他們用這些反質(zhì)子束進行質(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)，用來減慢粒子以便探測質(zhì)子---反質(zhì)子在較低能態(tài)時的湮沒．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)計保證這種粒子不會被擋住而返回． 1996年1月歐洲核研究中心召開慶祝會宣告德國尤里肯（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出11個反氫原子（與預計的9士2個相符），這是人類第一次制造的反原子．物理學家預言，如果技術(shù)上有進一步的改進，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形成副產(chǎn)品電子---正電子對．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理其中的一個反質(zhì)子 與一個帶電量為Z的核在電磁相互作用下產(chǎn)生兩個虛光子 ；這兩個虛光子隨即轉(zhuǎn)化為正負電子對 射出．正電子與反質(zhì)子的相對運動能量很低（＜13．6eV＝時就有可能結(jié)合成一個快速中性反氫原子 ． 低能反質(zhì)子環(huán)結(jié)構(gòu)與實驗是這樣的．經(jīng)過收集的反質(zhì)子束穿過 Xe（Z = 54）原子簇靶，在原子核正電荷庫侖場中，偶爾會有反質(zhì)子在場中被散射，并將它的部分能量轉(zhuǎn)化為ee+電子對，個別正電子速度較低，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，當通過加速器中的環(huán)形磁鐵時就偏離束流而到達硅探測器上．由于反氫原子與周圍的物質(zhì)一起會很快湮沒，所以反氫原子很難直接探測到．讓它們通過薄硅探測器把反氫再分離成反質(zhì)子和正電子，利用高性能探測器分別探測從低能反質(zhì)子環(huán)軌道上逃逸的反質(zhì)子---正電子對．
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圖像而且能夠觀察他們體內(nèi)的化學過程，其中包括在進行認識活動時大腦各部分消耗“燃料”的速度。反物質(zhì)的一個潛在的且十分誘人的用途是利用來制造星際航行火箭的超級燃料．將反氫與氫混合湮沒來加熱氫，那么這種燃料的百分之一克所產(chǎn)生的推力就相當于120噸由液態(tài)氫和液態(tài)氧組成的傳統(tǒng)燃料． 科學家下一步的任務(wù)就是制造并貯存大量的反物質(zhì)，進行精確的光譜測量，以驗證反物質(zhì)是否真是物質(zhì)的一個鏡象，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，一個較好的辦法就是利用1936年荷蘭科學家彭寧（Penning）設(shè)計的電磁勢阱．它利用一個裝有液態(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，這個液態(tài)氦腔室的四周又有一個裝滿液態(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，這時將帶負電的粒子（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)生強大的磁場把電子擠壓到沿收集器中心軸的空間．調(diào)節(jié)電磁場，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．然后再把反質(zhì)子送進收集器，它們運動時要通過一大群冷的電子，這會使它們慢下來．
CERN所設(shè)想的反氫原子光譜實驗是這樣的．來自貯存環(huán)中動量為100MeV／c的反質(zhì)子束通過金屬箔減速到keV量級，隨后。在彭寧電磁勢阱中繼續(xù)冷卻到meV量級．來自放射源的正電子通過與氣體的碰撞冷卻收集在另一個彭寧阱中．在第三個彭寧阱中，反質(zhì)子和正電子相遇結(jié)合成反氫原子．外加的不均勻磁場對正電子有磁矩作用，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家、化學家、天體物理學家?guī)砹艘幌盗行抡n題，給人類帶來了新的憧憬．
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