神奇的粒子世界

內(nèi)容概要

20世紀(jì)見(jiàn)證了物理學(xué)無(wú)與倫比的進(jìn)步。如果說(shuō)，前半葉由相對(duì)論和量子力學(xué)所主導(dǎo)，那么毋庸置疑，后半葉的明星就是粒子物理學(xué)。毫不夸張地說(shuō)，我們生活的世界乃至整個(gè)宇宙都是由這些粒子及其所遵從的規(guī)律決定的。
本書(shū)是國(guó)際著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主馬丁紐斯?韋爾特曼的科普代表作，作者用生動(dòng)通俗的語(yǔ)言描述了粒子物理的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，以及那些優(yōu)秀的物理學(xué)家們工作和生活的趣事，帶我們走入奇妙的粒子物理世界，也讓我們距離神奇宇宙的最終謎底更近一步。

作者簡(jiǎn)介

馬丁紐斯?韋爾特曼，1931年生于荷蘭瓦爾威克，畢業(yè)于荷蘭烏德勒支大學(xué)。起初，他是位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心(CERN)的成員，后來(lái)成為烏德勒支大學(xué)理論物理學(xué)教授。他和他的學(xué)生霍夫特一起發(fā)展了規(guī)范理論的數(shù)學(xué)形式。1977年，他導(dǎo)出了一個(gè)能給出頂夸克質(zhì)量預(yù)言的方程。1981年，他接受了密歇根大學(xué)的職位。退休以后，他回到了荷蘭。頂夸克于1995年在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室被發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量與所預(yù)言的一致。1999年，為表彰霍夫特和韋爾特曼“闡明物理學(xué)中電弱相互作用的量子結(jié)構(gòu)”所作出的貢獻(xiàn)，當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)同時(shí)授予給了他們。

書(shū)籍目錄

中文版前言
譯者的話
引言
　致謝
　參考讀物
　短文
　方 程
第一章 初步知識(shí)
　1．1 原子、原子核和粒子
　1．2 光子
　1．3 反粒子
　1．4 質(zhì)量和能量
　1．5 事例
　1．6 電子伏和其他單位
　1．7 粒子名稱(chēng)和希臘字母
　1．8 科學(xué)記數(shù)法
第二章 標(biāo)準(zhǔn)模型
　2．1 引言
　2．2 能量和電荷守恒
　2．3 量子數(shù)
　2．4 顏色
　2．5 電子中微子、電子數(shù)和交叉變換
　2．6 第一代
　2．7 代和力
　2．8 自旋為12的粒子
　2．9 自旋為1和2的粒子
　2．10 力和相互作用
　2．11 作用分類(lèi)
　2．12 電磁、弱、強(qiáng)、希格斯及引力相互作用
　2．13 描繪相互作用
　2．14 量子數(shù)的起源
第三章 量子力學(xué)，混合
　3．1 引言
　3．2 雙縫實(shí)驗(yàn)
　3．3 幾率幅和幾率
　3．4 卡比玻混合和CKM混合
　3．5 中微子混合
　3．6粒子混合
第四章 能量、動(dòng)量和質(zhì)殼
　4．1 引言
　4．2 守恒定律
　4．3 相對(duì)論
　4．4 相對(duì)論不變性
　4．5 關(guān)系式E=mc2
第五章 探測(cè)器
　5．1 引言
　5．2 光電效應(yīng)
　5．3 氣泡室
　5．4 火花室
　5．5 多絲正比室
第六章 加速器與儲(chǔ)存環(huán)
　6．1 能量泡
　6．2 加速器
　6．3 次級(jí)束流
　6．4 加速器的建造者
第七章 歐洲核子研究組織中微子實(shí)驗(yàn)
　7．1 引言
　7．2 實(shí)驗(yàn)裝置
　7．3 中微子物理
　7．4 第一個(gè)中微子實(shí)驗(yàn)
　7．5 矢量玻色子
　7．6 錯(cuò)過(guò)的機(jī)會(huì)
　7．7 尾聲
第八章 粒子大家族
　8．1 引言
　8．2 束縛態(tài)
　8．3 夸克束縛態(tài)的結(jié)構(gòu)
　8．4 束縛態(tài)的自旋
　8．5 介子
　8．6 重子
　8．7 奇特粒子
　8．8 發(fā)現(xiàn)夸克
　8．9 三重態(tài)與雙重態(tài)及輕子夸克對(duì)稱(chēng)性
第九章 粒子理論
　9．1 導(dǎo)論
　9．2 費(fèi)曼規(guī)則
　9．3 無(wú)窮大
　9．4 微擾論
　9．5 重整化
　9．6 弱相互作用
　9．7 康普頓散射
　9．8 中性矢量玻色子
　9．9 粲夸克
　9．10 希格斯粒子
　9．11 一般的希格斯耦合
　9．12 推測(cè)
　9．13 p參數(shù)
第十章 尋找希格斯粒子
第十一章 量子色動(dòng)力學(xué)
　11．1 簡(jiǎn)介
　11．2 禁閉
　11．3 漸近自由
　11．4 標(biāo)度性
第十二章 尾聲

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   可能超過(guò)光在這種介質(zhì)中的速度，結(jié)果產(chǎn)生和音爆類(lèi)似的光學(xué)效應(yīng)。粒子把擴(kuò)張的光錐丟在了后面。這種輻射以發(fā)現(xiàn)它的俄國(guó)物理學(xué)家的名字命名，稱(chēng)為切連科夫輻射。切連科夫輻射的光通常是淡藍(lán)色的，在觀察重水核反應(yīng)堆的時(shí)候可以很清楚地看到這種現(xiàn)象。輻射光光錐的張角依賴(lài)于粒子的速度比在那個(gè)介質(zhì)中光速大多少，因此可以用于精確地確定粒子的速度。我們用光電倍增管來(lái)觀測(cè)切連科夫輻射。 中性粒子（光子、中子）自己沒(méi)有電離的軌跡，因此只能間接觀測(cè)。光子是通過(guò)它們?cè)谖镔|(zhì)中產(chǎn)生的電子一正電子對(duì)來(lái)觀測(cè)的。參與強(qiáng)相互作用的中性粒子（如中子）通常會(huì)與核子快速碰撞（核子常常會(huì)碎裂），從而產(chǎn)生一些帶電粒子，甚至是核碎片。最后，中性（或者帶電）粒子可能不穩(wěn)定并衰變，假如衰變產(chǎn)物帶電就可以被觀測(cè)到。 讓我們總結(jié)一下幾種不同的方法。 高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子使物質(zhì)電離，這種擾動(dòng)可以用幾種方法來(lái)觀測(cè)。蓋革計(jì)數(shù)管，威爾遜云室，氣泡室和火花室都可以。多絲正比室可用于觀測(cè)從原子中被擊出的電子所產(chǎn)生的電子簇射。 帶電粒子可能會(huì)激發(fā)特定的分子，當(dāng)這些分子退激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)光。閃爍計(jì)數(shù)器的工作就是基于這一原理。 高能帶電粒子經(jīng)過(guò)介質(zhì)的時(shí)候會(huì)發(fā)射出光，就如同飛機(jī)超音速飛行會(huì)產(chǎn)生音爆。切連科夫探測(cè)器就是利用這個(gè)原理。 低能光子和物質(zhì)碰撞，使得電子被擊出。就像石頭扔到水中，濺出水滴一樣。這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，光電倍增管就用于研究這個(gè)機(jī)制。不過(guò)僅有低能光子（可見(jiàn)光和紫外光）可以用這種方法觀測(cè)。 中性粒子是間接觀測(cè)的。光子可以間接觀測(cè)是因?yàn)楣庾咏?jīng)過(guò)核子時(shí)產(chǎn)生電子一正電子對(duì)。中性粒子也可能和核子碰撞，從而擊碎核子產(chǎn)生帶電的碎片。_些中性粒子不穩(wěn)定，可能衰變到可觀測(cè)的帶電粒子。 除此以外，我們也提到如今還有半導(dǎo)體條被用于探測(cè)帶電粒子。 人類(lèi)的才智促使我們不停地發(fā)明出新的方法來(lái)觀測(cè)通過(guò)物質(zhì)的粒子。這些方法日新月異。威爾遜云室、照相乳膠和氣泡室這些曾在實(shí)驗(yàn)室居主導(dǎo)地位的方法都已經(jīng)被淘汰；今天，閃爍計(jì)數(shù)器、火花室和多絲正比室才是探測(cè)器的主流。氣泡室和火花室拍攝下軌跡的照片，至少是直觀和富有啟發(fā)性的。而多絲正比室把結(jié)果直接輸入計(jì)算機(jī)，在某種意義上倒不那么直接了。今天的實(shí)驗(yàn)幾乎都是靠計(jì)算機(jī)來(lái)處理的。悲觀主義者認(rèn)為不久的將來(lái)計(jì)算機(jī)將會(huì)直接給出結(jié)果，或干脆把結(jié)果傳送到別的計(jì)算機(jī)。這種觀點(diǎn)完全低估了人類(lèi)的智慧以及人類(lèi)對(duì)知識(shí)的駕馭能力和強(qiáng)烈的求知欲。

名人推薦

我們所知道的一切……都是由基本粒子構(gòu)成的，世界乃至宇宙都是由這些粒子所遵從的物理規(guī)律決定的。本書(shū)是國(guó)際著名理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主馬丁紐斯?韋爾特曼關(guān)于粒子物理的經(jīng)典科普著作。韋爾特曼十分注重向公眾解釋粒子物理學(xué)，這是一件非常艱巨的任務(wù)。在書(shū)中，韋爾特曼運(yùn)用通俗的語(yǔ)言，詳細(xì)地闡述了粒子物理的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，引導(dǎo)讀者理解粒子物理學(xué)家究竟做了些什么、為什么這樣做、遇到了什么樣的難題、取得了什么樣的成績(jī)以及還有什么未解之謎等。韋爾特曼的一生跨越了粒子物理學(xué)發(fā)展中從反粒子到Z0玻色子的歷史，同樣，在他的這本透徹明了的書(shū)中也是如此。它講述了有關(guān)奇妙的亞核世界，以及那些從事相關(guān)研究的、奇特的科學(xué)家們所有你想知道的事——關(guān)乎自然界最小構(gòu)成的激動(dòng)人心的故事。——S.格拉肖 諾貝爾獎(jiǎng)得主 波士頓大學(xué)我真誠(chéng)地祝賀你！你寫(xiě)的這本書(shū)堪稱(chēng)杰作。你不僅向那些志存高遠(yuǎn)的青年學(xué)子解釋了基本粒子物理學(xué)，而且使那些聰明的外行也可以讀懂。尤其重要的是，你做到了賦予這本書(shū)人性化，讀這本書(shū)時(shí)會(huì)把我?guī)Щ氐轿乙簧凶罴?dòng)人心的那個(gè)時(shí)期，那時(shí)候每天都有新發(fā)現(xiàn)，我們每個(gè)人都在為理解這些發(fā)現(xiàn)而竭盡全力。實(shí)事求是地講，還從來(lái)沒(méi)有任何一本像這樣的書(shū)?！狹.施瓦茲 諾貝爾獎(jiǎng)得主 哥倫比亞大學(xué)韋爾特曼……對(duì)量子力學(xué)和狹義相對(duì)論抽象理論的清晰闡述，對(duì)粒子物理學(xué)中的一些深?yuàn)W論題，諸如標(biāo)度性、希格斯粒子以及重整化等的通俗易懂的解釋……都給人以極其深刻的印象。對(duì)關(guān)心當(dāng)代最重要的科學(xué)家們對(duì)物理世界的看法的任何人，這本書(shū)都會(huì)引起他們的興趣。——曹天予 波士頓大學(xué)哲學(xué)系

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