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一本书读懂粒子物理学，从夸克的小世界直抵宇宙深处！

费米实验室实验物理学家、顶夸克共同发现者，带你解密物质世界运转的完整图景

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◎ 编辑推荐

1. 主题独特。本书是一部专门讲解粒子物理学的科普作品。粒子物理学，又称高能物理学，是一门专注研究组成物质的基本粒子极其规律的学科。目前市场上尚无面向普通读者科普这个主题的同类图书。

2.作者专业背景可靠。本书作者唐·林肯是实验物理学家，来自世界上久负盛名的粒子物理实验室——费米国家加速器实验室，长期任职于DØ实验小组。他是顶夸克共同发现者、美国物理学会会员、美国科学促进会会员，具备良好的专业素养。

3.篇幅宏大，内容全面，一本书攻略粒子物理学。本书45万字，150余幅图表，内容涵盖全面，不仅讲解了粒子物理学的相关基础知识，还有专门篇章为读者介绍学科的发展历史、世界各地著名的加速器实验室以及物理学前沿的研究成果，对于想要了解这个领域的读者来说非常有价值。

4.文字幽默生动，可读性强。作者十分擅长面向非专业大众的科普讲解，虽然讲述的是比较艰深的领域，但讲解方式深入浅出，绕过了枯燥的数学计算，从概念上为读者科普前沿物理学知识，同时运用大量生动幽默的类比，令原本枯燥的内容变得趣味十足，具备良好的阅读体验。

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◎ 内容简介

世间万物，都可以解释为两种夸克、电子和中微子的无限组合。理解构成世界的基本粒子，是理解宇宙的开始。

本书诠释了夸克、轻子和支配粒子物理学的力的复杂世界。从物理学深刻且基本的问题，如“现实的最终本质是什么”“是否存在最小的粒子”，到宏观宇宙本身的创建及其最终命运，粒子物理学研究都提供了指引。

作者绕过复杂的数学计算，通过生动的语言、清晰的笔触、贴切的类比，带领读者从夸克的微小世界直抵宇宙深处，进行一次精彩纷呈的世界本质探索之旅。

序 言 1

修订版前言 4

第一版前言 6

致 谢 15

目 录 19

第1章 早期历史

最初的沉思 003

化学，让生活更美好 009

愿原力与你同在 013

第2章 认知之路（粒子物理历史）

阴极射线 024

X 射线 027

放射性 031

电子的发现 039

原子的性质 048

原子核的性质 057

量子力学：中场休息 063

β 辐射与中微子 066

更多的力 075

一些让你头晕目眩的东西 081

宇宙射线：来自天空的粒子 083

反物质电子 088

这是谁安排的？ 090

奇异的“V”粒子 096

中微子变得还要更加复杂 107

第3章 夸克和轻子

夸克和介子 114

夸克和重子 121

丰富多彩的世界 124

夸克存在的最初证据 127

更多夸克与轻子的发现 133

顶夸克的发现 136

轻子的回归 147

第4章 力：让一切聚合在一起

重力 156

电磁力 160

强力 167

弱力 169

力与费曼图 176

费曼图与强力 184

粒子喷射：亚原子猎枪 187

质子结构：微型闪电风暴 193

费曼图与弱力 198

顶夸克的发现 210

第5章 “狩猎”希格斯玻色子

质量，宇称与无限性 217

希格斯的解决方案 222

用类比解释希格斯机制I 227

科学家们有关希格斯机制的思想 229

用类比解释希格斯机制II 234

拼命寻找希格斯玻色子 238

目前的搜索进展 244

第6章 加速器与探测器：谋生的工具

费米实验室一日游 257

不是只有小汽车才有加速器 261

不是所有的环都是求婚用的 269

新一代加速器的崛起 276

靶与粒子束类型 278

反物质登场 283

世界上的加速器 287

粒子探测器：世界上最大的照相机 290

电离与追踪 291

热量法：测量能量 302

一台探测器：诸多技术在其中 309

名利双收的人如何生活 315

水，不仅仅是止渴 317

第7章 即将得到解决的难题

1 号谜团：来自太阳的中微子 323

中微子啊中微子，你去哪里啦？ 332

凭空出现的中微子 336

“超级K”发现了答案 341

为什么会发生震荡？ 345

中微子探测器的现状 349

2 号谜团：反物质都在哪儿呢？ 352

萨哈罗夫的三个条件 358

电荷、宇称，以及其他 361

弱相互作用中宇称守恒理论之死 366

宇称对称已死！电荷共轭宇称（CP）万岁！ 373

第8章 奇异物理（研究的新前沿）

摆弄参数 388

如果你知道苏西（SUSY）…… 395

“拼命地”寻找苏西（SUSY） 403

大额外维度：是事实还是科幻？ 412

超人的吉他上有超弦吗？ 432

第9章 每秒重建宇宙10,000,000 次

宇宙的形状 453

宇宙的“黑暗面” 457

星系们都在哪儿呢？ 466

宇宙的呢喃 470

“宇宙最初三分钟” 475

均匀性与膨胀 476

回到太初 483

第10章 结语：为什么要理解宇宙？ 495

附录A 希腊符号 501

附录B 科学术语 503

附录C 粒子命名规则 506

附录D 基本相对论与量子力学 511

附录E 创造希格斯玻色子 524

附录F 中微子振荡 530

延伸阅读 535

词汇表 549

唐·林肯（Don Lincoln，1964— ），实验物理学家，美国物理学会会员，美国科学促进会会员。1993年获得莱斯大学博士学位。1998年加入美国费米实验室，供职于DØ实验组，在此期间，DØ实验组与其姊妹实验组分别独立发现了顶夸克。

作为一名多产的作者，他也积极参与了费米实验室的教育和公共推广项目。他认为任何科研工作者都有责任与他人分享自己的研究成果。他也热衷于公开演讲，并将前沿物理研究的意义传达给不同受众，曾在许多国家为不同群体做科学演讲。

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假设我们有一个想要计算的量，计算这个量需要使用到电磁力和弱力两种力，而这个量取决于两个长度，我们定义为x和y。我们想看一看将x和y换成（-x）和（y）之后，会发生什么。对于电磁力（EM）方程来说，大概类似于EM（符号未变）=x·y。一旦交换，我们得到EM（符号改变）=（-x）·（-y）=（-1）·（-1）·x·y=x·y。我们发现EM（符号改变）和EM（符号未变）是一样的。这于具有不同行为的弱力形成了鲜明对比。对于弱力来说，方程类似于弱力（符号未变）=x+y。用负值代替x和y，我们得到弱力（符号改变）=（-x）+（-y）=-（x+y）。所以，弱力（符号未变）=-弱力（符号改变）。这说明了两种力是如何具有非常不同的数学特性的。

我认为，关于古希腊人的伟大成就最值得注意的，并不是他们假设了一种构成物质的、最小的、无法切割的、由空洞分隔的成分；毕竟，这个原子模型是错误的，至少在细节上是错误的。

真正令人震惊的是，人们对于他们无法企及的规模尺度上的物质本质感兴趣。事实是，他们构想中的原子实在太小，以至于他们永远无法解决这个问题。推理是一种奇妙的技巧，可以帮助我们理解这个世界。但是，真正解决争论的却是实验。

书籍介绍

一本书读懂粒子物理学，从夸克的小世界直抵宇宙深处！

费米实验室实验物理学家、顶夸克共同发现者，带你解密物质世界运转的完整图景

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◎ 编辑推荐

1. 主题独特。本书是一部专门讲解粒子物理学的科普作品。粒子物理学，又称高能物理学，是一门专注研究组成物质的基本粒子极其规律的学科。目前市场上尚无面向普通读者科普这个主题的同类图书。

2.作者专业背景可靠。本书作者唐·林肯是实验物理学家，来自世界上久负盛名的粒子物理实验室——费米国家加速器实验室，长期任职于DØ实验小组。他是顶夸克共同发现者、美国物理学会会员、美国科学促进会会员，具备良好的专业素养。

3.篇幅宏大，内容全面，一本书攻略粒子物理学。本书45万字，150余幅图表，内容涵盖全面，不仅讲解了粒子物理学的相关基础知识，还有专门篇章为读者介绍学科的发展历史、世界各地著名的加速器实验室以及物理学前沿的研究成果，对于想要了解这个领域的读者来说非常有价值。

4.文字幽默生动，可读性强。作者十分擅长面向非专业大众的科普讲解，虽然讲述的是比较艰深的领域，但讲解方式深入浅出，绕过了枯燥的数学计算，从概念上为读者科普前沿物理学知识，同时运用大量生动幽默的类比，令原本枯燥的内容变得趣味十足，具备良好的阅读体验。

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◎ 内容简介

世间万物，都可以解释为两种夸克、电子和中微子的无限组合。理解构成世界的基本粒子，是理解宇宙的开始。

本书诠释了夸克、轻子和支配粒子物理学的力的复杂世界。从物理学深刻且基本的问题，如“现实的最终本质是什么”“是否存在最小的粒子”，到宏观宇宙本身的创建及其最终命运，粒子物理学研究都提供了指引。

作者绕过复杂的数学计算，通过生动的语言、清晰的笔触、贴切的类比，带领读者从夸克的微小世界直抵宇宙深处，进行一次精彩纷呈的世界本质探索之旅。