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1小時粒子物理簡史 版權信息
- ISBN：9787553673561
- 條形碼：9787553673561 ; 978-7-5536-7356-1
- 裝幀：一般純質紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
1小時粒子物理簡史 本書特色
★世界DJ物理實驗室CERN科學家為你解讀粒子物理的前世今生，北京大學物理學院教授錢思進傾情翻譯！ ★打破粒子物理的高冷面具，硬核知識配上精彩比喻，每個人都能讀懂的粒子物理簡史。“如果所有的物質都是由樂高磚塊制成的，基本粒子就是樂高磚塊的樣子”“這個場的‘花’抓著粒子們的腳，他們再不能自由行動了”……從物質的構成到標準模型等硬核知識點，遇上精彩比喻，科普掃盲不能再配哦！ ★全彩四色印刷，重點一目了然，同時滿足不同讀者需求。藍色內容為專業內容，物理愛好者可作延伸資料閱讀。物理小白可直接忽略，不影響上下文理解。
1小時粒子物理簡史 內容簡介
宇宙95%的部分，至今仍是個巨大的謎團，但在CERN工作的科學家們卻不這么想。對他們來說， 宇宙不是未知，而是未來的知識寶庫。位于瑞士的 CERN，是世界很好粒子物理實驗室，無數重大科學成就在此實現。 盡管CERN 設有定期開放日，但外人仍鮮有機會一窺全貌。作者寶琳·加尼翁博士，在CERN工作長達19年，這次她將帶領讀者實地走訪位于地底100米深處的實驗室。 從詩意的粒子到壯美的宇宙，物理學家如何在其間探索物質的奧秘？為什么希格斯玻色子的發現那么重要？為什么發現它如此艱難？ CERN 又是怎么發現它的？粒子物理學未來將向何處發展？還有什么新發現值得人們期待？都能在本書中找到答案。
1小時粒子物理簡史 目錄
引言/1
第1章????物質是由什么構成的？/5
第2章????希格斯玻色子是怎么一回事呢？/27
第3章????加速器和探測器：基本的工具/41
第4章????希格斯玻色子的發現/68
第5章????宇宙中黑暗的一面/93
第6章????超越標準模型，邀請超對稱理論來救援/129
第7章????基礎研究能給我們什么好處？/149
第8章????CERN的實驗：獨一無二的管理和合作模式/169
第9章????物理研究中的多元化/188
第10章??下一個重大發現將可能是什么？/208
附錄A??在歐洲核子中心工作的101個國家（或地區）的人員中女性所占的百分比/221
附錄B??米列娃.馬利奇.愛因斯坦的地位和角色/225
致謝/239
展開全部
1小時粒子物理簡史 節選
現存物質的*小成分是什么，它們是如何結合在一起構成我們所看到的周圍所有的物質的？回答這個問題正是粒子物理學研究的目的。物理學的這一分支的目標就是尋找物質的*小（不能再被分解成更小的部分）顆粒，以及它們之間相互作用的方式。 假設有一個地方，那里所有的材料都是由樂高磚塊搭制成的（見圖1.1）。那么，如果我問你“這些物質的*小的部分是什么”，答案將會很簡單。拆開各種用樂高搭成的物體就足以看到構成這些物體的*小的樂高磚塊，從那里可以推斷出，一個完全由樂高磚塊構成的世界中的基本粒子是什么。所有的東西都可以由這些基本的磚塊建成，所有現實世界的物質也同樣如此：它們都是由“基本磚塊”組成的，只不過這些不可分割的*小部分太小了，很難被看到。而且，要把物質分解成*小的成分幾乎是不可能的。 關于“物質的*小顆粒是什么”這個問題由來已久。有史以來，很多人都提出了同樣的問題。兩千五百年前，有兩位希臘哲學家——留基波（Leucippus）和他的追隨者德謨克利特（Democritus），當他們提出原子論時就已經有了正確的觀念。這個學說指出，所有的物質都是由原子和空洞的空間組成的。在古希臘語中，原子的意思是“不可分割”，即不可分解成更小的部分。遺憾的是，十九世紀的科學家們太倉促地斷定他們已經找到了這些不可分割的元素。于是，這個名字被錯誤地用在如今我們所說的原子上。然而，我們現在知道，這些原子是復合物體，可以分解為更小的組分。 *小的物質顆粒 那么，現實世界中的基本粒子是什么呢？要在現實世界中回答這個問題比在使用樂高磚塊的假想世界中困難得多，因為我們很難看到*小的組件。但在物理實驗室里，物理學家們可以看到。物質確實是由原子構成的，但是原子并不是*基本的。它們是復合物體，如圖1.2所示。它們有一個包含質子和中子的原子核，電子在原子核的周圍形成（概率）云。因此，原子大部分是由空洞的空間構成的。為了感覺原子的大小，想象一下原子核像你的身體一樣大。然后，電子將比頭發絲還細小，在約20公里以外圍著你轉。因此，物質主要由真空和一些基本粒子組成。我們現在來看看，它們是怎么抱在一起不散開的，以及物質為什么看起來像固體。 由此可知，原子由其他粒子組成。甚至質子和中子也不是不可分割的：它們是由夸克和膠子構成的，后者的作用是將夸克捆綁在一起。*終，在物質的核心里，唯一不可分割的粒子就是夸克和電子。我們稍后就會回來再談膠子。 質子和中子的結構組分 質子和中子是由夸克組成的。我們通過組合兩個上夸克與一個下夸克來獲得質子。上夸克具有+2/3的電荷，即電子的單位電荷的三分之二。下夸克有-1/3的電荷。因此對于質子，我們具有上+上+下，或+2/3+2/3-1/3=1，從而電荷為+1。中子包含兩個下夸克和一個上夸克;因此我們有+2/3-1/3-1/3=0所以它是電中性的。 這在圖1.3的示意圖中由來自“粒子動物園”的“小生靈們”展示。朱莉·佩斯利（JuliePeasley）學的是縫紉，但熱衷于做動物園管理員，她在參加了一次關于粒子物理學的公開演講之后就開創了“粒子動物園”。我將在整本書中使用她的粒子們。 原子 質子、中子和電子足以組成包含118個化學元素的周期表中所有可能的原子（圖1.4）。接下來，118個化學元素又可以以不同的比例組合，形成各種分子，它們是原子的堆積。原子和分子構成了我們所觀察到的整個可見的物質世界，無論是在地球上還是在其他星球和星系中。 在原子里，電子圍繞原子核旋轉。那么，是什么讓電子持續地旋轉而沒有掉到原子核那里去呢？它的工作原理就像一塊石頭拴在一根繩子上，有個人正在旋轉這根繩子。繩子將石頭保持在圓形軌道上。如果這個人沒抓住繩子，那石頭會一直沿著直線往前走。只要我們抓住，繩子就會在石頭上施加力量，不斷地把石頭朝我們手的方向往回拉，迫使它繞著圈走。 電子也是被一條“看不見的繩子”拉著，使其保持在原子核周圍的圓形軌道上。只不過這根繩子是電子的負電荷和核中質子的正電荷之間的吸引力，這個力正像石頭上的繩子一樣作用在電子上。行星繞著太陽轉也是這個道理，在這種情況下，重力是不可見的繩子。太陽中的物質產生了一個重力，它提供了保持行星在軌道上運行所需的力。所有的力就像“看不見的繩子”，作用于基本粒子或大的物體上。我們稍后會回來再講這個。 總結：上、下夸克結合形成質子和中子。接下來，它們在原子核內進一步組合，再加入電子，得到原子。通過改變原子核中的質子數量，可以構建周期表中的118個不同的化學元素。*后，通過以各種比例組合原子，可以構建我們周圍所有的物質。因此，我們看到的一切都可以從包含電子和上、下夸克的一套基本的結構集合中組建出來。 標準模型 在過去的五十年里，科學家們開發了一個非常精確的理論模型來描述物質的基本組成部分和作用在它們上的力。這個模型幫助我們根據其特性對目前觀察到的所有粒子進行分類，該模型是在實驗和理論的密切配合下形成的。物理實驗室里的發現是理論物理學家們可以建立理論模型的基礎，這些模型是對物質世界的有邏輯的和連貫的表述。通過實驗觀察，可以確認或排除各種理論。同樣，理論上的假設可以指導實驗工作者進行探索。 當前的粒子物理理論模型稱為標準模型。它來源于兩個相當簡單的想法，在某種程度上就是模型的基本原則： **原則：所有物質都是由基本粒子組成的。 第二原則：所有這些基本粒子之間的相互作用是通過交換其他基本粒子來實現的。 經過近一個世紀的研究，我們現在知道，自然界中有12種基礎的物質顆粒，都是基本粒子（圖1.5）。它們分為兩類：輕子和夸克。 輕子 六個輕子中*著名的是電子。兩個其他的帶電粒子——μ子和陶子，非常類似于電子，但重得多。所有這些輕子攜帶-1的電荷。 電子、μ子和陶子都各與一種中微子“相關聯”，即電子中微子、μ子中微子和陶子中微子（我們稱之為中微子的三種味道）。這六個粒子組成了輕子家族，這個家族包含三代輕子。每一代都包含一個帶電的輕子及其相關的中微子。每一代中的兩個粒子的關聯是通過聯合成對地產生而顯現出來。當電子產生時，它總是帶有一個電子中微子或者一個稱為正電子的反電子。 對于μ子和陶子也是如此：每一個都總是與自己的中微子或它的反粒子一起產生。例如，我們從未觀察到與電子中微子一起產生的陶子。電子及其中微子都具有電子味道的特性，并且這種性質受到像電荷守恒規則一樣的限制。當一對粒子形成時，一個粒子攜帶一種味道，另一個粒子攜帶相反的味道。如果中微子絕對沒有質量，這種味道將像電荷一樣是完全守恒的。但這并不總是正確的，正如我們將在下一節中看到的那樣。 像中子一樣，中微子是電中性粒子，但是要小得多，正如它們的名字意味著“小中子”。沒有電荷，它們極少與物質相互作用。例如，地球表面每平方厘米的面積每秒鐘都會承受來自太陽發射的七萬億個電子中微子的撞擊。在所有這些中微子中，只有少數幾個會與地球上的物質原子相互作用。其他中微子會穿越地球，甚至都不停下來打一聲招呼！ 夸克 除了輕子之外，還有夸克，它們形成了第二個基本粒子家族。它們有六種味道或類型：我們已經熟悉了在質子和中子里發現的上、下夸克。然后來到的是璨和奇異夸克，*后是頂和底夸克。后者也被稱為真實和美麗，雖然“頂”和“底”更常用。選擇這些名字的部分原因是因為好玩兒，部分原因也是因為發現它們的科學家們不明白為什么會有這么多的夸克，及它們之間到底有什么區別。被發現的第三個夸克是奇異夸克，它就是由于具有令人驚訝的長壽命而得名。 沒有人知道為什么夸克和輕子有三代，而且每代還有非常不同的質量，也沒有人知道為什么只需要**代的夸克和輕子去構成原子，從而構成我們周圍所發現的所有的普通事物。想象一下，如果一堆樂高積木里含有大小相差很大的磚塊，情況將如何？而且，如果有些樂高磚塊從來就用不上呢？這些是粒子物理學家試圖解釋，且尚未解決的許多問題中的一部分。 除了宇宙射線中的μ子之外，第二代和第三代的粒子都沒在自然界中發現。雖然所有這些粒子都存在于宇宙大爆炸之后，但現在宇宙已經冷卻了太久，以至于沒有足夠的能量去產生它們。1但是，我們可以在實驗室里產生所有這些粒子，這就是我們之所以能夠知道它們存在的原因。
1小時粒子物理簡史 作者簡介
寶琳.加尼翁 美國印第安納大學高級研究科學家（2016年退休）。 出生于加拿大魁北克省，1993年在加州大學圣克魯茲分校獲得粒子物理學博士學位。之后在瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心（CERN）從事研究工作，是CERN 大型強子對撞機上的ATLAS實驗國際合作組成員。 退休后一直致力于科普知識的推廣工作，在11個國家進行了上百次公開講座。用她自己的話說——粒子物理太有趣了，不應該只有物理學家知道！
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