到世界顶尖实验室CERN上粒子物理课：现场直击•彩色图解，科学家教你看懂未来科研及太空探索的新物理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2024

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｜粒子物理太有趣了，不能只有物理学家知道！｜

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深入探索有如科幻电影片场的地下实验室，和科学家一同参与模拟宇宙起源的实验！ 

以粒子物理关键知识为本，看天文物理研究现场的数据如何演绎宇宙的大霹雳现象
今日诺贝尔级科学实验的丰收，又如何成为未来世界的科技基础？

＊「基本粒子」依比例可以组成週期表上的原子，但为什么外在物质无法穿透中空的粒子世界？
＊科学家为何要花四十年才从超导环场探测器中找到「一颗」希格斯玻色子？
＊为什么大霹雳后反物质和物质一相遇旋即被消耗掉，却还有物质存在至今？
＊原来在爱因斯坦的相对论公式E=mc2之中，藏着粒子跟宇宙演进可能的关键？
＊新理论有没有可能解释反物质、暗物质、物质和重力波之间的交互关系，进而解答宇宙初始、星系形成的祕密？……

宇宙百分之九十五至今仍是个巨大的谜团，但在欧洲核子研究组织CERN工作的人们却不这么想，对他们而言，宇宙不是未知，而是未来的知识宝库。位于瑞士的CERN，是全世界最大的粒子物理学实验室，无数重大科学成就的发生地，六千多位、代表五百余所大学机构的科学家和工程师都在此进行试验。尽管CERN定期开放申请参观，但外人却仍鲜有机会一窥全貌。在CERN工作长达十九年的粒子物理学博士宝琳．甘侬（Pauline Gagnon），这次将带领读者实地走访位于地底一百公尺处的实验室。

物理学家如何在粒子物理的最小尺度与宇宙学的最大尺度之间探询物质的奥祕？粒子物理学发展至今怎么解释物质组成？甘侬整理出CERN自一九五四年创立以来，无数实验室团队在天体物理、希格斯机制、光学与重力波等领域的研究成果，并以简明的科学语言解释基本原理和实验过程，更带出二十一世纪科学研究的动向与进展，我们除了看见科学史上数十个诺贝尔物理奖得主在粒子物理方面的贡献之外，也需知道CERN是背后的重要推手。

在跟着科学家的导览时，读者也将知道CERN研究计画的历史性时刻，为了筹建粒子研究资料库，这促使了全球资讯网（World Wide Web）的诞生，后续发展也带起了超导体、光纤、新能源和太空科技的新兴应用，其益处更反映在医学、能源、机械材料工程的进步上。如果科学家和社会之间能架起双边对话的常态桥樑，甘侬相信，科学研究将为未来带来更多样的改变。
 

 ｜关于欧洲核子研究组织ＣＥＲＮ的热门问题｜ 

Ｑ１　欧洲核子研究组织ＣＥＲＮ在研究时光旅行吗？
Ａ１　不是，但是在ＰＳ３电玩游戏《命运石之门》（Steins: Gate）中，会制造微型黑洞以改变过去和未来的反派组织ＳＥＲＮ便是以ＣＥＲＮ为蓝本，然而现实中的ＣＥＲＮ仍将重心放在粒子研究和暗物质，每天孜孜矻矻的跟数据缠斗着！

Ｑ２　欧洲核子研究组织ＣＥＲＮ在研究反物质炸弹吗？
Ａ２　不是，你一定是看了全球知名小说家丹‧布朗的小说《天使与魔鬼》，把虚构的反物质炸弹失窃事件当真了。可是反物质极难蒐集，现在连用实验证明其理论都很困难，小说里的小偷到底偷走了什么，连科学家都不知道！

Ｑ３　欧洲核子研究组织ＣＥＲＮ到底是什么地方？
Ａ３　ＣＥＲＮ是世界上最大的物理研究实验室，它超酷的！想像如果美国着名影集《宅男行不行》（The Big Bang Theory，又译生活大爆炸）中的理论物理学家谢尔顿（Sheldon）跟实验物理学家雷纳德（Leonard）搬到欧洲，他们一定会想来ＣＥＲＮ工作！

 ｜海外推荐｜

 「粒子物理学家宝琳‧甘侬的新作，从加速器讲到宇宙学，不仅解释得极详细而且面面俱到，并说明了科学家如何将各方研究整合成一完整理论，才有我们现今对自然界的完善理解。如果你想要了解粒子物理这一学门是如何运作又是怎么做研究的，这将会是一本很好的入门书。」
——西恩‧卡罗（Sean Carroll），《在宇宙尽头的粒子》（The Particle at the End of the Universe）作者

 「甘侬是粒子物理界的杰出女科学家，而她的这本着作也十分优秀。这是粒子物理一路演进至今的全面纪录。甘侬接二连三地丢出许多生动的譬喻，让一般人也能轻易理解最复杂的概念。最重要的是，她让读者得以一瞥欧洲核子研究组织（CERN）的内部工作情形，描述了它那规模庞大、国际化的合作方式，以及实务上究竟带来了哪些新发现。如果你想要赶上大强子对撞机的第二阶段的运转，这是一本即时回应大众阅读需求的必读之作。」
——莱奥妮‧穆克（Leonie Mueck），《自然》（Nature）期刊资深编辑

 「在为期两年的大强子对撞机的希格斯玻色子搜寻计画期间，甘侬博士生动且充满洞见的部落格文章，对于想要持续追踪进度，以及希望能够得到科普解释的外行人来说，是外界极重要的资讯来源。她的着作将会让人知道，大强子对撞机的发现为何如此重要，还有下一步发现将会是什么。」
——罗伯特‧伊凡斯（Robert Evans），前路透社驻日内瓦特派记者

 「宝琳‧甘侬述说她在欧洲核子研究组织的奇妙科学冒险期间，科学家是如何确认希格斯玻色子的存在，还有这将带来怎样的物理学革新，并说明了未来几年值得我们注意的不可解谜团，比如暗物质的祕密，或者是反物质的消失。」
——宝琳．格瑞佛（Pauline Gravel），加拿大魁北克时报《Le Devoir》科普作家

作者简介

宝琳‧甘侬Pauline Gagnon
出生并成长于加拿大魁北克，在当地取得大学学位后，又在加州大学完成粒子物理学博士学位，接着便成为欧洲核子研究组织（CERN）的超导环场探测器（ATLAS）研究团队中的一份子，在当了十九年的研究人员后，她离开团队，现于印地安纳大学任教。

从2012年开始，她便致力于科普知识的推广，用她的话来说，就是粒子物理太有趣了，不能只有物理学家知道！

译者简介

张宛雯
台大物理学士，纽约哥伦比亚大学教育学院神经科学暨教育硕士。

欢迎来信：2403wc@gmail.com

致谢　　　
各章摘要　　　
引言　

第一章　粒子物理入门１０１：物质由什么组成的？
第二章　粒子物理进阶课：什么是希格斯玻色子（Higgs boson）？
第三章　加速器与侦测设备：必要的实验工具
第四章　发现希格斯玻色子！
第五章　宇宙的黑暗面：暗物质和星系起源的祕密
第六章　标准模型的再进化：向超对称理论「SUSY」求救
第七章　基础科学研究能给我们什么好处？医学、精密机械和能源上的突破
第八章　欧洲核子研究组织（CERN）：独特的跨国科研合作典范
第九章　物理学的多元发展可能
第十章　下一波的新发现将是？

附录一　寻找女科学家：参与欧洲核子研究组织的一百零一国研究人员中的女性比例
附录二　科学史的公案：米列娃‧马利奇‧爱因斯坦的历史定位

各章摘要
 
第一章：粒子物理入门１０１︰物质是由什么组成的？
 
什么是物质的最小微粒，还有它们之间是如何交互作用，而得以形成我们周遭所能观察到的所有物质？标准模型（Standard Model）是现今描述这些粒子和它们之间交互作用的理论模型，标准模型提供我们一个对于物质世界的清楚解释，甚至也可以高度准确地预测这些粒子的行为。这些粒子每一个都带有与其对应的反粒子，但几乎所有的反物质都从我们的宇宙中神祕地消失了。
 
第二章：粒子物理进阶课︰什么是希格斯玻色子（Higgs boson）？
 
新闻媒体所传达的讯息是希格斯玻色子赋予基本粒子质量，但事实上，基本粒子质量的产生有三个要件：机制、场、玻色子。布劳特–恩格勒–希格斯机制（Brout-Englert-Higgs mechanism）是一个数学表述，该机制透过数学方程式描述了一个实际存在于自然界的物理实体—布劳特–恩格勒–希格斯场（Brout-Englert-Higgs field），这个场只是宇宙的其中一个性质，就像空间和时间是宇宙的一个性质，而希格斯玻色子是这个场的激发，就好像波浪是海平面的激发，找到希格斯玻色子就证明了这个场的存在。
 
第三章：加速器与侦测设备：必要的实验工具
 
制造希格斯玻色子是欧洲核子研究组织（CERN）的大强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）的其中一个目标。大强子对撞机先将质子加速到接近光速，然后再让质子对撞，这个加速器可以将极大量的能量集中到空间里一个极小的点上，所产生的能量会以粒子的形式物质化。大部分生成的粒子是不稳定的，而且出现后马上就分裂。接着，位于对撞点的侦测器则充当照相机，捕捉这些稍纵即逝的粒子与其衰变产物。
 
第四章：发现希格斯玻色子！
 
借着筛选数十亿笔运转于大强子对撞机的侦测器中的事件，物理学家可以提取出具有希格斯玻色子特征的少数事件。先进的统计方法使得我们可以将含有希格斯玻色子的事件从所有其他类型的事件中区分出来，进而使科学家能够自数百万个干草堆中抽取出一根针。

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