正电子通常记作 ，是电子的反粒子：它与电子的质量相同，但电荷相反。正电子是反物质的组成粒子，而不是普通物质的一种带正电形式。卡尔·安德森于1932年发现了正电子，这是实验上首次确认反粒子的存在。正电子可产生于放射性过程和高能相互作用中，而它与电子的湮灭则构成了正电子发射断层成像的物理基础。(home.cern)
物理性质
正电子所带电荷为 ，其中 为元电荷。其静止质量约为 千克，相当于 。它的自旋角动量量子数为 ，与电子相同。虽然历史上曾用“带正电的电子”来描述它，但正电子是一种独立的反粒子，并非仅仅改变了电荷的电子。(pdg.lbl.gov)
在标准模型中，电子和正电子属于带电轻子家族，都是费米子。它们被视为基本粒子，目前没有发现其内部存在组成成分。由于两者的电荷正负相反，可利用磁场区分它们的运动轨迹；而两者质量相同这一点，则可将正电子与质子等质量大得多的带正电粒子区分开来。(atlas-public.web.cern.ch)
预言与发现
正电子的理论背景源于保罗·狄拉克将量子力学与狭义相对论相结合的尝试。他于1928年提出的狄拉克方程包含一些解，这些解最终引出了对一种与电子质量相同、电荷相反的对应粒子的预言。1931年，在实验尚未证实其存在之前，狄拉克就明确提出了反电子的概念。(home.cern)
1932年8月2日，安德森在加州理工学院用云室拍摄到了一条由宇宙射线产生的粒子径迹。磁场使径迹弯曲，而一块铅板使粒子减速。粒子穿过铅板后，径迹曲率增大，由此可以确定其运动方向；再结合径迹的弯曲方向，便可判定该粒子带正电。它的性质表明，它是正电子而非质子。(digital.archives.caltech.edu)
帕特里克·布莱克特和朱塞佩·奥基亚利尼于1933年报告了进一步佐证这一发现的证据。安德森因发现正电子而获得1936年诺贝尔物理学奖的一半奖金；另一半则授予了发现宇宙射线的维克托·赫斯。(cds.cern.ch)
产生机制
正电子的一个来源是贝塔衰变的正衰变分支，记作 。在能量条件允许的核跃迁中，不稳定原子核内的一个质子转变为一个中子，同时放出一个正电子和一个电子中微子：
这一表达式描述的是原子核内部的转变；可用能量取决于初态和末态核系统的质量与结合能。正电子是在跃迁过程中产生的，而不是从原子核内部预先储存的正电子中释放出来的。(energy.gov)
正电子也可通过电子对产生过程形成。能量足够高的光子与物质相互作用时，可以产生一对电子和正电子。这对粒子的总静止能量约为 ，由此确定了核场中光子转化为电子对的特征阈值能量尺度。此外，还必须考虑反冲和粒子运动所需的动能。电子对产生将物质与反物质的生成直接与质能等价联系起来。(geant4.web.cern.ch)
湮灭与正电子素
在物质中，发射出的正电子通常会先通过连续的相互作用损失动能，随后发生电子—正电子湮灭。在常见的双光子过程中，电子和正电子消失，其能量由光子带走。若这对粒子近似处于静止状态，每个光子的能量约为511 keV，两个光子的传播方向几乎相反。该过程遵循能量和动量守恒，并不会使能量消失。(www-pub.iaea.org)
湮灭之前，正电子可能与电子结合，形成正电子素，这是一种电中性、寿命短暂的系统。其湮灭行为取决于两者的总自旋状态。三光子衰变是正电子素三重态的特征，而单重态则发生双光子湮灭。正电子素也会在某些材料内部的空隙中形成，因此可利用其寿命探测材料的微观结构。(geant4.web.cern.ch)
科学与技术应用
正电子发射断层成像（PET）使用能够发射正电子的放射性示踪剂。探测器记录在很短的时间间隔内到达的成对湮灭光子。每个被接受的符合事件都确定一条湮灭发生位置所在的直线；大量此类测量可用于重建示踪剂的分布。因此，PET探测的是湮灭辐射，而不是直接拍摄正电子。正电子从发射到湮灭所经过的距离，以及两个光子传播方向相对于严格反向的微小偏差，都会限制成像的空间分辨率。(www-pub.iaea.org)
在材料研究中，正电子湮灭寿命谱用于探测亚纳米尺度的缺陷、空隙和自由体积。测得的正电子注入至湮灭之间的时间间隔反映了局部电子环境；在适用的聚合物体系中，正电子素寿命越长，对应的空隙越大。(nist.gov)
加速后的正电子束还可用于与电子对撞。欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机于1989年至2000年运行，产生了大量Z玻色子，并在能量升级后产生了W玻色子对。通过测量粒子的产生和衰变，这些碰撞使研究人员得以对电弱相互作用和标准模型进行精细检验。(home.cern)