3小时读通基本粒子 漫画版

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具体描述

  夸克为什么不现身?微中子为什么能够穿过地球?
  看了就懂基本粒子,原来这么简单!

  本书乃是借由浅显易懂的文字及绘图来说明「物」的基本要素──原子核及基本粒子的一本书。这些基本要素是1公分的一兆分之一尺度的超微小要素,是现代物理学的基础。

  从原子核迈进超微小的基本粒子世界!!

  20世纪,由于科学技术的进步,发现了夸克及微中子是构成物质的基本要素,即物的构成之基本粒子。然而即便喜欢物理,要理解基本粒子的本质,却不是件简简单单就能办得的事。

  本书不使用数学公式,单单运用插图及文字,轻松解说与归纳基本粒子的本质。本书为基本粒子入门的书籍,为你打开理解基本粒子的这一扇门!

  在第1章,我们叙述基本粒子的观念从原子.分子演进到原子核.基本粒子的过程。

  在第2章,我们邀请您进入原子核的世界,为您介绍原子核内质子和中子的各种舞动;质子和中子在1公分的一兆分之一的超微小滑冰场上滑着自旋及公转的舞。

  在第3章,我们平易地描述由原子核担任主角的放射线及原子力的基础。

  第4章和第5章,我们来观赏超微小的夸克与微中子的神奇世界。在那世界里,夸克窝在质子里不出来。另一方面,微中子则是直接穿过地球,在宇宙中交错飞行。

  在第6章,我们简单地谈论一下宇宙初始、宇宙中满佈的未知暗物质的真面目、基本力的统一等等的宇宙和物理的根本性问题。

作者简介

江尻宏泰

  1936年生于日本茨城县。东京大学理学部物理系、所毕,理学博士。历任东京大学、华盛顿大学、哥本哈根大学、加州大学客座教授,大坂大学.研究所教授、核物理研究中心所长、国际高等研究所访问学者、国际基督教大学纪念教授、高辉度光科学研究所顾问等。专业领域为基本粒子.核分光物理。曾因微中子双重β分光研究获岛津奖。现为大坂大学名誉教授、捷克理工大学客座教授。主要着作有《图说物质的真相》(日本讲谈社BLUE BACKS书系)、《夸克.轻子核的世界》(裳华房)、《原子核分光物理》(英文,Oxford出版)、《核子强子多体系统》(英文,Oxford出版)等。

审订者简介

陈政维

  台湾大学物理系教授。美国加州大学圣地牙哥分校物理博士。主要研究领域为超导体与磁性,以及两者之间的交互作用关系。关于奈米尺度的超导体材料探讨,也是目前的研究重点。

译者简介

陈铭博

  台湾科技大学电子工程系毕。踏入职场三年后前往日本就读语言学校,回国后任职于专利事务所负责日文专利文件业务。目前为专职译者。译有《世界第一简单电路学》(世茂出版)。

著者信息

图书目录

第1章 物质的组成与基本要素
第2章 原子核的组成
第3章 具有强大能量的放射线与核能
第4章 飞米世界里的超超微小基本粒子
第5章 微中子的真面目
第6章 宇宙的诞生与基本粒子、原子核的形成

图书序言

4-1质子和中子有伙伴吗?

  原子核是由核子(质子和中子)所组成,而核子有带正电荷之状态的质子与不带电荷之状态的中子。核子间的核力则由介子传递。如此就构成了由核子与介子所组成的单纯物之构成。然而随着研究的发展,我们已了解到物之构成其实是更加多样且复杂的。

  当以具有高能量的光子或介子撞击质子时,会产生质量比核子(质子和中子)还大(重)的Δ(delta)粒子。质量大代表其静止质量能高,乃是一高能量状态的核子。其静止质量约比质子和中子多重了30%(图4-1A)。

  以电子的电荷作为单位时,Δ粒子有+2、+1、0、-1这四种状态。亦即Δ++、Δ+、Δ0、Δ-。Δ粒子会因属于强交互作用的核力作用,而以约5秒的一兆分之一再一兆分之一的平均寿命,放出π介子衰变质子或中子。Δ++会放出π+介子衰变成质子,Δ-会放出π-介子衰变成中子(图4-1B)。

  质子是种稳定的粒子,乃是静止质量能最小的粒子。中子也是还算稳定的粒子,会因弱交互作用的作用而慢慢地衰变成带正电荷之状态的质子。Δ粒子虽然也会因弱交互作用的作用而慢慢地衰变成其他电荷状态,但实际上会在那之前迅速地就因强交互作用的作用而衰变成核子。

  核子(质子和中子)与光子和介子撞击时,除了会产生Δ粒子之外,还会产生其他具有各种质量和电荷(状态)的粒子。

  这些粒子都是核子的伙伴粒子,会因强交互作用的作用而衰变成核子(质子和中子)。且因都是高静止质量能状态的粒子,会瞬间衰变成核子的「不稳定核子」。能够以人工的方式从地球上天然存在的核子终将它们制造出来。

  实际上,核子在原子核内同样也是在很短的发生时间内,不断转换于Δ粒子和核子之间。

4-2奇异粒子如何产生出来的?

  让核子(质子和中子)与高能量的介子和光子撞击,会产生称为超子的新型粒子(图4-2A)。

  超子并不会因强交互作用而瞬间衰变成核子,而是因弱交互作用的作用放出π介子,慢慢地衰变成核子。超子的平均寿命也是约为1秒的一百亿分之一。基本粒子时钟是以约1秒的一兆分之一再一千亿分之一的单位时间转动。以人体时钟心脏1秒钟跳动约1次,平均寿命有80岁左右。以基本粒子时钟计时得到的超子寿命,约等同于人类活了30万年。超子是一种寿命极长的稳定粒子(图4-2B)。超子的种类有以下几种。

  Λ(lambda)粒子,是最轻的超子,静止质量能约11亿电子伏特,电荷状态则只有0这一种状态,也就是说是电中性的。它会因弱交互作用的作用,长时间缓慢地放出π0或π-介子而衰变成中子或质子。

  Σ(sigma)粒子,比Λ粒子重一些,静止质量能为12亿电子伏特。有Σ+、Σ0、Σ-三种电荷状态。Σ粒子同样也受弱交互作用的作用,和Λ粒子一样在经过1秒的一百亿分之一左右的寿命后,衰变成核子(质子或中子)与π介子,惟Σ0粒子则是放出光子瞬间衰变成Λ(电荷0)粒子。

  Ξ(xi)粒子,有Ξ0、Ξ-两种电荷状态。Ω(omega)粒子,只有一种电荷状态Ω-。这两种超子都是还算稳定的粒子,会因弱交互作用放出π介子,并在经过约1秒的一百亿分之一左右的时间后,Ξ粒子衰变成Λ粒子,Ω粒子衰变成Ξ粒子或Λ粒子。

  上述这些粒子是有别于核子6-3宇宙中的暗物质

  为了揭开宇宙物质的主要成分-暗物质的正面目,世界各国的研究团队正积极投入未知的基本粒子WIMP(弱交互作用重粒子)的研究。WIMP的最有力候选人就是渺中子(neutralino)这新型粒子。

  目前的标准模型(理论)中,基本粒子有构成物质的费米子-夸克与轻子(电子、微中子),以及传递力的玻色子-光子、胶子、弱玻色子。

  超对称性理论认为有对应于各费米子的玻色子,及对应于各玻色子的费米子,也就是认为费米子与玻色子是成组对称的(图6-3A)。

  而被认为可能是WIMP的,是与传递力的玻色子对应的费米子。其中最为稳定(质量最小)的粒子,是渺中子的这个超对称性粒子,它有可能以暗物质的形态存在于宇宙中。

  渺中子就像微中子一样能穿过绝大多数的物质,因此要捕捉它非常困难。渺中子和原子核差不多重,因此和原子核撞击时,原子核会因为反作用而移动(图6-3B)。量测这过程检测出渺中子并量测其质量。

图书试读

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