1927年夏，赵忠尧出国留学，进了美国加州理工学院的研究部，导师就是该校的校长、诺贝尔物理奖得主密立根。1929年，他在实验研究中首先发现：当硬g射线通过重元素时，存在着反常吸收，并产生一种特殊辐射。
        赵忠尧的这些工作，是正电子发现的先驱，遗憾的是，当时并没能受到足够重视。两年之后，赵忠尧的同学菲利浦·安德逊因观测到正电子的足迹而获得了诺贝尔物理奖，赵忠尧这个最先发现正电子的人却被遗漏了。

        他观测到的正、负电子湮灭辐射比后来安德逊看到的正电子径迹早两年。虽然与诺贝尔奖擦肩而过，但是，他的研究成果为研制正负电子对撞机提供了理论基础，这也奠定了他在世界物理学界的地位。

        事后，瑞典皇家科学院院士、前诺贝尔物理奖委员会主任爱克斯朋（GEkspons）教授在其著作中曾专门提到赵先生这一历史功绩，告诉人们这是一桩“很令人不安的、没法再弥补的疏漏”。“赵忠尧在世界物理学家心中是实实在在的诺贝尔奖得主!”