劳伦斯伯克利国家实验室的R. Michael Barnett和斯坦福直线加速器中心的Helen Quinn提供了这个答案，部分内容改编自他们的著作《奇异夸克的魅力》：
1930年，保罗·狄拉克提出了一个量子理论，用于描述电子在电场和磁场中的运动，这是第一个正确地将爱因斯坦的狭义相对论纳入此背景的理论。这个理论得出了一个令人惊讶的预测——描述电子的方程也描述了，实际上还要求存在另一种粒子，它与电子具有完全相同的质量，但电荷为正而不是负。这种粒子被称为正电子，是电子的反粒子，也是反物质的第一个例子。
它在实验中的发现很快证实了狄拉克理论中关于反物质的非凡预测。卡尔·D·安德森在1931年拍摄的一张云室照片显示，一个粒子从下方进入，穿过一块铅板。由磁场引起的路径曲率方向表明，该粒子是带正电的粒子，但具有与电子相同的质量和其他特性。今天的实验经常产生大量的正电子。
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狄拉克的预测不仅适用于电子，也适用于物质的所有基本组成部分（粒子）。每种类型的粒子都必须有相应的反粒子类型。任何反粒子的质量都与粒子的质量相同。它的所有其他性质也密切相关，但所有电荷的符号都相反。例如，质子带正电荷，但反质子带负电荷。所有物质粒子都存在反物质伙伴现在是一个经过充分验证的现象，已经观察到数百对这样的伙伴。
新的发现催生了新的语言。在创造“反物质”这个术语时，物理学家实际上重新定义了“物质”这个词的含义。在那之前，“物质”意味着任何有实质的东西；即使在今天，学校教科书也给出了这个定义：“物质占据空间并且具有质量。”通过添加反物质的概念，使其与物质区分开来，物理学家将物质的定义缩小为仅适用于某些类型的粒子，包括日常经验中发现的所有粒子。
任何匹配的粒子和反粒子对都可以在任何时候产生，只要有足够的能量来提供必要的质能。同样，每当一个粒子遇到其匹配的反粒子时，两者就会相互湮灭——也就是说，它们都会消失，将其能量转化为其他形式。
粒子和反粒子之间没有内在的区别；它们在所有粒子理论中本质上都处于相同的地位。这意味着反粒子的物理定律几乎与粒子的物理定律相同；任何差异都是微小的影响。但我们周围世界中发现的这些物体的数量肯定存在巨大差异；整个世界都是由物质组成的。我们在实验室中产生的任何反物质很快就会消失，因为它会遇到匹配的物质粒子并湮灭。
现代粒子物理学和宇宙演化理论表明，甚至要求反物质和物质在最早的阶段同样普遍——那么为什么反物质在今天如此罕见呢？观察到的物质和反物质之间的不平衡是一个尚未解释的谜题。如果没有它，今天的宇宙肯定会变得非常无趣，因为基本上不会剩下任何物质；湮灭现在已经将一切都转化为电磁辐射。因此，显然这种不平衡是我们所知世界的一个关键属性。试图解释它是当今研究的一个活跃领域。
为了回答这个问题，我们需要更好地理解物理定律中物质和反物质之间存在微小差异的部分；如果没有这种差异，就不可能发生不平衡。这种区别是世界各地许多实验的研究主题，这些实验侧重于称为B介子的粒子及其反粒子伙伴的衰变差异。这些实验将在称为B工厂的电子-正电子对撞机设施和高能强子对撞机上进行，因为每种类型的设施都提供不同的能力来促进对物理定律这一细节的研究——这一细节对宇宙如此重要的属性负责，例如存在任何事物！
Maria Spiropulu是哈佛大学的物理学博士候选人。她的回答如下
让我们从定义物质开始。人们长期以来一直在问“什么是物质？”。古希腊哲学家和数学家德谟克利特设想了一切事物的基本组成部分中的结构，他称这种结构的基础为原子；他写道，“除了原子和空的空间之外，什么都不存在：其他一切都是观点。”在原子层面，世界可以用元素来描述，包括氢、氧、碳等等。
然而，事实证明，原子不是物质的基本组成部分。当我们通过探测更小的距离来更近距离地观察物质时，亚原子世界就会展开。我们看得越近，这个世界，量子世界，实际上就表现得越奇怪。我们无法与它建立直接联系：在小尺度上，物体不像棒、球、波浪、云或我们直接体验过的任何东西那样表现。但是这个世界的量子力学确实让我们描述了原子如何形成分子。
它还使我们能够描绘原子内部某些粒子的“运动”。事实上，原子是由电子组成的，电子围绕着原子核中固定的质子和中子高速运转，而原子核是由夸克组成的。这些粒子都通过“力传递”粒子相互作用，例如光子、胶子、W和Z玻色子。基于这些粒子的属性，我们为它们分配识别号或量子数。通过对称性和涉及粒子量子数的守恒定律，我们可以描述它们的相互作用。此类数字的示例是电荷和固有角动量或自旋。
如果a是任何粒子，并且该粒子除了线性和角动量（包括能量和自旋）之外没有其他属性，那么a就是它自己的反粒子——反物质的组成部分之一。例如，光子是它自己的反粒子。如果粒子具有其他属性（例如电荷Q），则反粒子具有相反的属性（或电荷-Q）。质子和中子具有这样的属性。就质子而言，它的正电荷将其与带负电的反质子区分开来。中子——虽然电中性——但具有与反中子相反的磁矩。质子和中子具有另一个量子数，称为重子数，它在相应的反粒子中也具有相反的符号。
将粒子与反粒子交换的操作称为电荷共轭（C）。粒子和反粒子具有完全相同的质量和相等但相反的电荷和磁矩；如果它们不稳定，则它们具有相同的寿命。这个时期称为电荷共轭-宇称-时间（CPT）不变性，它确定了这样一个事实，即如果您将粒子与反粒子互换（C），在三维镜子中观察（P）并反转时间（T），您就无法区分它们。迄今为止对CPT最严格的测试是电子和正电子磁矩之比的测量，精度达到万亿分之二（R. Van Dyck, Jr. 和 P. B. Schwinberg，华盛顿大学，1987年）以及质子和反质子的质量电荷比的测量——发现为0.999,999,999,91至90万亿分之一（G. Gabrielse，哈佛大学，1998年）。
反物质的出现是为了解决这样一个事实，即描述自由运动粒子方程（能量、动量和质量之间的相对论关系）不仅具有正能量解，而且还具有负能量解！如果这是真的，那么没有什么可以阻止粒子下降到无限负能量状态，在此过程中释放出无限的能量——而这并没有发生。 1928年，保罗·狄拉克假设存在带正电的电子。结果是一个描述物质和反物质的量子场方程。这项工作是一次真正具有历史意义的胜利，因为它得到了实验证实，并开创了关于粒子和场的新思维方式。
1932年，卡尔·安德森在威尔逊云室实验中测量宇宙射线时发现了正电子。 1955年，在伯克利贝伐特隆，埃米利奥·塞格雷、欧文·张伯伦、克莱德·韦根德和托马斯·伊普西朗蒂斯发现了反质子。 1995年，在欧洲核子研究中心（CERN），科学家们首次合成了反氢原子。
当粒子和它的反粒子碰撞时，它们会湮灭成能量，能量由“力传递”粒子携带，这些粒子随后会衰变成其他粒子。例如，当质子和反质子在高能量下湮灭时，可以产生顶夸克-反顶夸克对！
当我们考虑到物理定律几乎对称地对待物质和反物质时，出现了一个有趣的难题。那么，为什么我们没有遇到由反原子组成的反人呢？为什么我们观察到的恒星、尘埃和一切事物都是由物质组成的呢？如果宇宙开始时物质和反物质的数量相等，那么反物质在哪里呢？
实验上，来自室女座星系团的湮灭辐射的缺失表明，在约20兆秒差距（Mpc）内，即典型的星系团大小内，几乎找不到反物质。即便如此，仍然存在着丰富的宇宙辐射中反物质的搜索计划。其中，来自高能反物质望远镜（一个气球宇宙射线实验）以及美国宇航局航天飞机上的阿尔法磁谱仪100小时数据的结果支持了我们宇宙中物质的优势地位。然而，美国宇航局轨道康普顿伽玛射线天文台的结果正在揭示银河系中心可能存在的反物质云和喷泉。
我们说过，物质和反物质之间存在近似对称性。这种微小的不对称性被认为至少部分地解释了为什么在我们的宇宙中物质比反物质寿命更长。最近，欧洲核子研究中心的NA48实验和费米实验室的KTeV实验都以足够的精度直接测量了这种不对称性，从而确定了它的存在。包括斯坦福直线加速器中心的BaBar实验和日本KEK的Belle实验在内的许多实验将在不同的粒子系统中面对同样的问题。
低能量的反物质用于正电子发射断层扫描（参见大脑的PET图像）。但是，反物质主要作为科幻电视剧《星际迷航》中虚构的星际飞船“企业号”的燃料而引起公众的兴趣。事实上，美国宇航局正在关注反物质作为星际推进的潜在燃料。在宾夕法尼亚州立大学，反物质空间推进小组正在解决使用反物质湮灭作为推进能量来源的挑战。火星见？
答案最初发布于1999年10月18日