從1930年起安德森開始負(fù)責(zé)用云室觀測(cè)宇宙射線。云室的設(shè)計(jì)很巧妙，室中加了一塊6毫米的鉛板，用于減慢粒子的運(yùn)動(dòng)速度，將云室置于磁場(chǎng)中，并快速拍下粒子徑跡的照片，然后根據(jù)徑跡長(zhǎng)度、方向和曲率半徑等數(shù)據(jù)來推斷粒子的性質(zhì)。

1932年8月2日，安德森在照片中發(fā)現(xiàn)了一條特殊的軌跡，有一個(gè)粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣，但是彎曲的方向卻相反。根據(jù)由實(shí)驗(yàn)中粒子徑跡的長(zhǎng)度、粗細(xì)、曲率半徑以及磁場(chǎng)的強(qiáng)度、方向等數(shù)據(jù)得出粒子電荷為正，且其質(zhì)量與電子相等。這就是狄拉克所預(yù)言的正電子。正電子的發(fā)現(xiàn)開辟了反物質(zhì)領(lǐng)域的研究。

1936年，安德森因發(fā)現(xiàn)正電子而獲得了該年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)，時(shí)年僅為31歲。

正電子的發(fā)現(xiàn)，使科學(xué)家認(rèn)識(shí)到，基本粒子不再包含“基本的”和“不可再分”的內(nèi)涵了，在適當(dāng)條件下，正負(fù)電子可以成對(duì)地產(chǎn)生或湮滅。人們開始想像是否存在其他反粒子，如反質(zhì)子，反中子，或者在遙遠(yuǎn)的宇宙深處，是否還有一個(gè)不為我們所知的反世界。就如一面鏡子，有一個(gè)反物質(zhì)組成的自我在同一個(gè)時(shí)間做著同樣的事情。