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簡說粒子物理 版權信息
- ISBN：9787030730749
- 條形碼：9787030730749 ; 978-7-03-073074-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
簡說粒子物理 內容簡介
《簡說粒子物理》是牛津大學教授弗蘭克·克洛斯（Frank Close）的一部介紹粒子物理的科普作品。弗蘭克·克洛斯曾擔任盧瑟福·阿普爾頓實驗室的理論物理學部門負責人，曾榮獲不列顛帝國官佐勛章（OBE）和英國物理學會開爾文獎。由于在物理學科普方面的突出貢獻，他獲得了英國媒體評出的2007年很好科普寫作獎（Sygenta Prize）。本書用簡潔生動的語言描繪了我們肉眼不能企及的粒子物理的微觀世界。讀者能夠從中了解粒子物理的研究對象、獨特的研究方式和手段，以及目前我們所知道的對物質世界的基本認識。此外，本書也對粒子物理所要面對的問題和挑戰進行了展望。 無論你是對粒子物理感興趣，亦或是物理學工作者，閱讀本書都會讓你有所收獲。
簡說粒子物理 目錄
目錄
第1章 宇宙中心之旅/01
第2章 “大”有多大？“小”有多小？/13
第3章 我們如何知道物質是由什么組成的？我們發現了什么？/25
第4章 物質的核心/39
第5章 宇宙加速器和人造加速器/53
第6章 探測器：相機和時光機/69
第7章 自然界中的力/89
第8章 奇特物質和反物質/101
第9章 物質從何而來？/117
第10章 21世紀的問題/129
延伸閱讀/145
術語表/147
索引/153
第1章 宇宙中心之旅/01
第2章 “大”有多大？“小”有多小？/13
第3章 我們如何知道物質是由什么組成的？我們發現了什么？/25
第4章 物質的核心/39
第5章 宇宙加速器和人造加速器/53
第6章 探測器：相機和時光機/69
第7章 自然界中的力/89
第8章 奇特物質和反物質/101
第9章 物質從何而來？/117
第10章 21世紀的問題/129
延伸閱讀/145
術語表/147
索引/153
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簡說粒子物理 節選
第1章 宇宙中心之旅 對粒子、物質和整個宇宙的概述。 布魯克海文國家實驗室首次觀察到Ω粒子的照片 1.1 物質 古希臘人認為任何東西都是由一些基本元素構成的。這個想法基本上是正確的，但細節是錯誤的。他們的“土、氣、火和水”是由我們今天所知道的化學元素構成的。純水由兩種元素組成：氫和氧。空氣主要由氮和氧以及少量的碳和氬組成。地殼包含了90種自然存在的元素中的大部分，主要是氧、硅和鐵，還有碳、磷和許多你可能從未聽說過的元素，如釕、鈥和銠。 元素的豐度差異很大。大致說來，你首先想到的是*常見的，而你從未聽說過的那些都是*稀有的。因此，氧是*為常見的元素：你每呼吸一次，就會吸入一億億億個氧原子。地球上另外的50億人以及無數的動物也是如此，還有更多的氧原子在做其他的事情。當你呼吸的時候，這些原子被釋放、被捕獲，與碳形成二氧化碳分子，它成為樹木和植物的養料。這個數量是非常巨大的，因此每個人都知道氧和碳。這與砹或鈁形成鮮明對比。即使你曾經聽說過它們，你也不太可能接觸到它們，因為據估計，在地殼中砹的含量不到10z（10z=28.35g）；至于鈁，甚至有人聲稱，在任何時候，你的周圍環境里*多有20個鈁原子。 原子是一種元素中*小的部分，它可以存在并仍然被認為是該元素。幾乎所有的這些元素，比如你呼吸的氧氣和你皮膚里的碳，都是在大約50億年前的恒星中產生的，那時地球正要形成，氫和氦甚至更古老，大多數氫是在宇宙大爆炸后不久產生的，后來為恒星提供了燃料，而其他元素則在恒星內部產生。 再想想我們呼吸的氧氣和在你肺里的一億億億個氧原子，這讓我們對于一個原子有多小有了一些粗略的概念。另一種方法是，看一看這句話末尾的圓點a，它的墨水中含有大約1000億個碳原子，要用肉眼看到其中的一個，你需要把圓點的直徑放大到100m寬。 100年前，原子被認為是一種無法穿透的微小物體，或許就像迷你版的臺球。今天我們知道每個原子都有豐富的迷宮般的內部結構，在它的中心是一個致密的核，除了極小的部分之外，它占有幾乎全部的原子質量，并且帶有正電荷。在原子的外部區域有被稱為電子的一些微小且很輕的粒子。電子帶有負電荷，正是正負電荷的相互吸引，才使這些帶負電荷的電子繞著中心的帶正電荷的原子核旋轉。 再看一看那個圓點。前面我說過，要用肉眼看到一個原子，就需要把圓點的直徑放大到100m，雖然這已經很巨大了，但仍然是可以想象的。但是為了看到原子核，你需要把這個圓點的直徑放大到10000km，這差不多是地球的南極到北極的距離。 在中心的緊湊的原子核和遠處旋轉的電子之間，原子的絕大部分空間都是空的。這是許多書所持有的觀點，就構成原子的粒子而言，這確實是對的，但這只是故事的一半。這個空間充滿了電和磁的力場，它們是如此強大，以致如果你試圖進入原子，它們會在瞬間阻止你，即使原子內部被認為是“空的”。正是這些力使物質變得堅固。當你讀這本書時，由于這些力，你被懸浮在椅子表面原子的上方一個原子的高度。 盡管這些電力和磁力都很強大，但與在原子核內起作用的更強大的力相比，它們是微不足道的。破壞這些強大的力的影響，你就能釋放出核能；中斷這些電力和磁力，你就能對周圍環境的化學和生命中的生物化學造成更多的影響。這些日常熟悉的效應是由原子外層的遠離原子核的電子造成的。相鄰的原子中的這些電子可以交換位置，從而幫助把原子連接在一起，形成一個分子。正是這些電子的游蕩導致了化學、生物學和生命的產生。本書不是關于這些主題的，它們涉及許多原子的集體行為。相比之下，我們想深入原子，了解那里的一切。 1.2 原子的內部 電子似乎是真正的基本粒子，如果它有自己的任何內部結構，那么我們還沒有發現它。然而，原子中心的核是由更基本的粒子組成的：質子和中子。 質子帶正電荷，提供了原子核的總正電荷。原子核里的質子越多，它的電荷越大，反過來，更多的電子可以像衛星一樣圍繞著它，使得原子處于正負電荷平衡的狀態，因而原子的整體保持電中性。因此，雖然強烈的電力在構成我們身體的原子內部深處起作用，但我們卻感覺不到它們，我們自己本身也不帶電。*簡單的元素氫的原子由一個質子和一個電子組成。原子核中質子數的多少是一種元素與另一種元素的區別之所在。碳原子的原子核由6個質子組成，鐵由26個質子組成，而鈾由92個質子組成。 異種電荷相吸，同種電荷相斥。因此，在這種電力作用下相互排斥的質子能夠在原子核的限制范圍內保持在一起，這真是一個奇跡。原因是，當兩個質子接觸時，它們會因為所謂的強相互作用力而緊緊地抓住對方，這種吸引力比電斥力強大得多，所以我們的原子核不會自發爆炸。然而，你不能在近距離內放太多的質子，否則*終的電斥力就太大了。這就是為什么會有天然存在的*重的元素鈾，每個原子核中有92個質子。如果把比它們還要多的質子聚集在一起，原子核就無法保持穩定狀態。像钚這樣排在鈾之后的元素，都是高放射性元素，其不穩定性是眾所周知的。 除了氫之外的所有元素的原子核都含有質子和中子。中子實際上是質子的一個電中性形式。它與質子具有相同的大小，質量與質子相差大約千分之一。中子與質子以相同強度的力相互抓聚在一起。不像質子，由于沒有電荷，中子感覺不到電的干擾。因此，中子的存在增加了原子核的質量，也增加了整體的強吸引力，從而有助于原子核的穩定。 當中子處于緊密的集群中時，比如，當它們成為鐵原子核的一部分時，它們可能會保持不變，存在數十億年。然而，當遠離這樣的緊密的團簇時，孤零零的中子是不穩定的。有一種所謂弱力的微弱力量在起作用，它的影響之一，就是湮滅中子，把它變成質子。這種情況甚至會發生在原子核中有太多的中子與質子擠在一起時。在這里，這種轉換的效果是把一種元素的原子核變成另一種元素的原子核。元素的這種嬗變是放射性和核能的根源。 把一個中子或質子放大1000倍，你就會發現它們也有豐富的
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