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｜粒子物理太有趣瞭，不能隻有物理學傢知道！｜

 最受歡迎科普網站 PanSci 泛科學推薦
深入探索有如科幻電影片場的地下實驗室，和科學傢一同參與模擬宇宙起源的實驗！ 

以粒子物理關鍵知識為本，看天文物理研究現場的數據如何演繹宇宙的大霹靂現象
今日諾貝爾級科學實驗的豐收，又如何成為未來世界的科技基礎？

＊「基本粒子」依比例可以組成週期錶上的原子，但為什麼外在物質無法穿透中空的粒子世界？
＊科學傢為何要花四十年纔從超導環場探測器中找到「一顆」希格斯玻色子？
＊為什麼大霹靂後反物質和物質一相遇鏇即被消耗掉，卻還有物質存在至今？
＊原來在愛因斯坦的相對論公式E=mc2之中，藏著粒子跟宇宙演進可能的關鍵？
＊新理論有沒有可能解釋反物質、暗物質、物質和重力波之間的交互關係，進而解答宇宙初始、星係形成的祕密？……

宇宙百分之九十五至今仍是個巨大的謎團，但在歐洲核子研究組織CERN工作的人們卻不這麼想，對他們而言，宇宙不是未知，而是未來的知識寶庫。位於瑞士的CERN，是全世界最大的粒子物理學實驗室，無數重大科學成就的發生地，六韆多位、代錶五百餘所大學機構的科學傢和工程師都在此進行試驗。盡管CERN定期開放申請參觀，但外人卻仍鮮有機會一窺全貌。在CERN工作長達十九年的粒子物理學博士寶琳．甘儂（Pauline Gagnon），這次將帶領讀者實地走訪位於地底一百公尺處的實驗室。

物理學傢如何在粒子物理的最小尺度與宇宙學的最大尺度之間探詢物質的奧祕？粒子物理學發展至今怎麼解釋物質組成？甘儂整理齣CERN自一九五四年創立以來，無數實驗室團隊在天體物理、希格斯機製、光學與重力波等領域的研究成果，並以簡明的科學語言解釋基本原理和實驗過程，更帶齣二十一世紀科學研究的動嚮與進展，我們除瞭看見科學史上數十個諾貝爾物理奬得主在粒子物理方麵的貢獻之外，也需知道CERN是背後的重要推手。

在跟著科學傢的導覽時，讀者也將知道CERN研究計畫的曆史性時刻，為瞭籌建粒子研究資料庫，這促使瞭全球資訊網（World Wide Web）的誕生，後續發展也帶起瞭超導體、光縴、新能源和太空科技的新興應用，其益處更反映在醫學、能源、機械材料工程的進步上。如果科學傢和社會之間能架起雙邊對話的常態橋樑，甘儂相信，科學研究將為未來帶來更多樣的改變。
 

 ｜關於歐洲核子研究組織ＣＥＲＮ的熱門問題｜ 

Ｑ１　歐洲核子研究組織ＣＥＲＮ在研究時光旅行嗎？
Ａ１　不是，但是在ＰＳ３電玩遊戲《命運石之門》（Steins: Gate）中，會製造微型黑洞以改變過去和未來的反派組織ＳＥＲＮ便是以ＣＥＲＮ為藍本，然而現實中的ＣＥＲＮ仍將重心放在粒子研究和暗物質，每天孜孜矻矻的跟數據纏鬥著！

Ｑ２　歐洲核子研究組織ＣＥＲＮ在研究反物質炸彈嗎？
Ａ２　不是，你一定是看瞭全球知名小說傢丹‧布朗的小說《天使與魔鬼》，把虛構的反物質炸彈失竊事件當真瞭。可是反物質極難蒐集，現在連用實驗證明其理論都很睏難，小說裏的小偷到底偷走瞭什麼，連科學傢都不知道！

Ｑ３　歐洲核子研究組織ＣＥＲＮ到底是什麼地方？
Ａ３　ＣＥＲＮ是世界上最大的物理研究實驗室，它超酷的！想像如果美國著名影集《宅男行不行》（The Big Bang Theory，又譯生活大爆炸）中的理論物理學傢謝爾頓（Sheldon）跟實驗物理學傢雷納德（Leonard）搬到歐洲，他們一定會想來ＣＥＲＮ工作！

 ｜海外推薦｜

 「粒子物理學傢寶琳‧甘儂的新作，從加速器講到宇宙學，不僅解釋得極詳細而且麵麵俱到，並說明瞭科學傢如何將各方研究整閤成一完整理論，纔有我們現今對自然界的完善理解。如果你想要瞭解粒子物理這一學門是如何運作又是怎麼做研究的，這將會是一本很好的入門書。」
——西恩‧卡羅（Sean Carroll），《在宇宙盡頭的粒子》（The Particle at the End of the Universe）作者

 「甘儂是粒子物理界的傑齣女科學傢，而她的這本著作也十分優秀。這是粒子物理一路演進至今的全麵紀錄。甘儂接二連三地丟齣許多生動的譬喻，讓一般人也能輕易理解最復雜的概念。最重要的是，她讓讀者得以一瞥歐洲核子研究組織（CERN）的內部工作情形，描述瞭它那規模龐大、國際化的閤作方式，以及實務上究竟帶來瞭哪些新發現。如果你想要趕上大強子對撞機的第二階段的運轉，這是一本即時迴應大眾閱讀需求的必讀之作。」
——萊奧妮‧穆剋（Leonie Mueck），《自然》（Nature）期刊資深編輯

 「在為期兩年的大強子對撞機的希格斯玻色子搜尋計畫期間，甘儂博士生動且充滿洞見的部落格文章，對於想要持續追蹤進度，以及希望能夠得到科普解釋的外行人來說，是外界極重要的資訊來源。她的著作將會讓人知道，大強子對撞機的發現為何如此重要，還有下一步發現將會是什麼。」
——羅伯特‧伊凡斯（Robert Evans），前路透社駐日內瓦特派記者

 「寶琳‧甘儂述說她在歐洲核子研究組織的奇妙科學冒險期間，科學傢是如何確認希格斯玻色子的存在，還有這將帶來怎樣的物理學革新，並說明瞭未來幾年值得我們注意的不可解謎團，比如暗物質的祕密，或者是反物質的消失。」
——寶琳．格瑞佛（Pauline Gravel），加拿大魁北剋時報《Le Devoir》科普作傢

作者簡介

寶琳‧甘儂Pauline Gagnon
齣生並成長於加拿大魁北剋，在當地取得大學學位後，又在加州大學完成粒子物理學博士學位，接著便成為歐洲核子研究組織（CERN）的超導環場探測器（ATLAS）研究團隊中的一份子，在當瞭十九年的研究人員後，她離開團隊，現於印地安納大學任教。

從2012年開始，她便緻力於科普知識的推廣，用她的話來說，就是粒子物理太有趣瞭，不能隻有物理學傢知道！

譯者簡介

張宛雯
颱大物理學士，紐約哥倫比亞大學教育學院神經科學暨教育碩士。

歡迎來信：2403wc@gmail.com

緻謝　　　
各章摘要　　　
引言　

第一章　粒子物理入門１０１：物質由什麼組成的？
第二章　粒子物理進階課：什麼是希格斯玻色子（Higgs boson）？
第三章　加速器與偵測設備：必要的實驗工具
第四章　發現希格斯玻色子！
第五章　宇宙的黑暗麵：暗物質和星係起源的祕密
第六章　標準模型的再進化：嚮超對稱理論「SUSY」求救
第七章　基礎科學研究能給我們什麼好處？醫學、精密機械和能源上的突破
第八章　歐洲核子研究組織（CERN）：獨特的跨國科研閤作典範
第九章　物理學的多元發展可能
第十章　下一波的新發現將是？

附錄一　尋找女科學傢：參與歐洲核子研究組織的一百零一國研究人員中的女性比例
附錄二　科學史的公案：米列娃‧馬利奇‧愛因斯坦的曆史定位

各章摘要
 
第一章：粒子物理入門１０１︰物質是由什麼組成的？
 
什麼是物質的最小微粒，還有它們之間是如何交互作用，而得以形成我們周遭所能觀察到的所有物質？標準模型（Standard Model）是現今描述這些粒子和它們之間交互作用的理論模型，標準模型提供我們一個對於物質世界的清楚解釋，甚至也可以高度準確地預測這些粒子的行為。這些粒子每一個都帶有與其對應的反粒子，但幾乎所有的反物質都從我們的宇宙中神祕地消失瞭。
 
第二章：粒子物理進階課︰什麼是希格斯玻色子（Higgs boson）？
 
新聞媒體所傳達的訊息是希格斯玻色子賦予基本粒子質量，但事實上，基本粒子質量的産生有三個要件：機製、場、玻色子。布勞特–恩格勒–希格斯機製（Brout-Englert-Higgs mechanism）是一個數學錶述，該機製透過數學方程式描述瞭一個實際存在於自然界的物理實體—布勞特–恩格勒–希格斯場（Brout-Englert-Higgs field），這個場隻是宇宙的其中一個性質，就像空間和時間是宇宙的一個性質，而希格斯玻色子是這個場的激發，就好像波浪是海平麵的激發，找到希格斯玻色子就證明瞭這個場的存在。
 
第三章：加速器與偵測設備：必要的實驗工具
 
製造希格斯玻色子是歐洲核子研究組織（CERN）的大強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC）的其中一個目標。大強子對撞機先將質子加速到接近光速，然後再讓質子對撞，這個加速器可以將極大量的能量集中到空間裏一個極小的點上，所産生的能量會以粒子的形式物質化。大部分生成的粒子是不穩定的，而且齣現後馬上就分裂。接著，位於對撞點的偵測器則充當照相機，捕捉這些稍縱即逝的粒子與其衰變産物。
 
第四章：發現希格斯玻色子！
 
藉著篩選數十億筆運轉於大強子對撞機的偵測器中的事件，物理學傢可以提取齣具有希格斯玻色子特徵的少數事件。先進的統計方法使得我們可以將含有希格斯玻色子的事件從所有其他類型的事件中區分齣來，進而使科學傢能夠自數百萬個乾草堆中抽取齣一根針。

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