반입자Antiparticle와 양전자Positron
양자장이론에 따르면 각 입자는 그에 대응하는 입자, 즉 반입자antiparticle가 있어야 한다. 반입자는 정상물질의 입자와 질량은 같으나 반대의 전하와 자기 모멘트를 갖는 원자구성 입자로 예를 들면 전자의 반입자는 양전자이다. 반입자는 입자물리학이 보는 세계의 일부이다. 폴 디랙은 전자를 기술하는 양자장이론을 발전시키면서 처음 반입자를 만나게 되었다. 그는 양자역학과 특수상대성이론을 동시에 만족시키는 양자장이론은 반드시 반입자를 포함해야 한다는 사실을 알았다. 특수상대성이론에서 반입자가 유도되는지를 개략적으로 설명하면 하전입자는 공간에서 앞뒤로 움직일 수 있다. 특수상대성이론에 다르면 이 입자들은 시간상으로도 앞뒤로 움직일 수 있다고 추측된다. 하지만 우리가 아는 한 입자들은 시간의 흐름을 거슬러 후퇴할 수 없다. 대신 반대 전하를 띤 입자들이 시간을 거슬러 움직이는 입자들의 역할을 대신할 수 있다. 반입자들이 시간을 거슬러 움직이는 입자들과 동일한 효과를 냄으로써 시간에 역행하는 입자들 없이도 양자장이론의 예측은 특수상대성이론과 합치하게 되었다.
음전하를 띤 전자들이 한 곳에서 다른 곳으로 흐르는 장면을 찍어 거꾸로 돌려본다고 가정할 경우 음전하를 띤 전자들이 뒤로 흐르게 되는데, 이는 양전하를 띤 전자들이 앞으로 흐르는 것으로도 볼 수 있다. 양전하를 띤 전자, 즉 양전자의 흐름은 양전하가 앞으로 나아가는 전류를 만들어내며 따라서 시간을 거슬러 전자가 흘러가는 것과 동일한 효과를 낳는다. 전자가 -1의 전하를 띠므로 양전자는 +1의 전하를 띠어야 한다. 양전자는 전하량을 제외하고는 모든 점에서 전자와 같다. 양성자도 +1의 전하를 갖지만 전자보다 2천 배나 무거운 까닭에 전자의 반입자가 될 수 없다.
반입자는 입자와 충돌하면 입자를 소멸시킨다. 입자의 전하와 반입자의 전하가 더해지면 0이 되기 때문에 입자가 반입자를 만나면 서로를 소멸시켜 붕괴된다. 입자와 반입자쌍은 전하량이 없기 때문에, 아인슈타인의 E=mc2를 따라 모든 질량은 에너지로 전환될 수 있다. 다른 한편 에너지가 충분히 클 경우 에너지는 입자-반입자쌍으로 변환될 수 있다. 반입자는 입자가속기에서 일시적으로 만들어질 수 있고, 우주의 뜨거운 영역에서 그리고 암을 진단하기 위해 양전자방사단층촬영positron emission tomography(PET)이 행해지는 병원에서 찾아볼 수 있다.