欧洲核子研究中心（CERN）60年的实验与发现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] H.斯库普 等 编，童国梁 等 译

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• CERN
• 粒子物理
• 高能物理
• 科学史
• 欧洲核子研究中心
• 实验物理
• 物理学
• 科学
• 技术
• 发现

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030568656

版次：01

商品编码：12350016

包装：平装

开本：32开

出版时间：2018-04-01

页数：420

正文语种：中文

内容简介

　　本书是欧洲核子研究中心（CERN）为纪念成立60周年组织若干知名物理学家编著，并于2015年正式出版的。60年来，在第二次世界大战的废墟上建立的CERN在粒子物理的研究中取得了辉煌的成就，在弱电统一理论发展的实验验证方面起了决定性作用：从20世纪60年代罕见介子衰变的早期测量开始，70年代对弱中性流的检测，80年代对弱相互作用的传递者W和Z玻色子的实验发现，90年代LEP实验为标准模型奠定了坚实的实验依据，其后，2012年7月4日LHC设备上的ATLAS和CMS两个合作组宣布发现的希格斯粒子又正式向世界宣告了粒子物理标准模型的最终成功。今天，CERN已成为世界粒子物理研究中心和前沿实验阵地。《BR》　　本书各章高屋建瓴地介绍了60年来CERN在各有关研究领域的研究意义、技术路线、取得的成就以及历史经验，展现了世界各国政府以及数以千计科学家之间合作的巨大成功。本书也是一本了解CERN的成功之道和杰出成就的历史资料。

探索宇宙的边界：从早期粒子物理到当代前沿科学 一部跨越世纪的科学史诗，描绘了人类如何通过不懈的实验和创新的思维，逐步揭示物质世界最深层的奥秘。 本书并非聚焦于特定机构的编年史，而是对二十世纪中叶至今，粒子物理学、核物理学以及相关技术领域所取得的里程碑式成就进行一次宏大而深入的叙述。它旨在为读者构建一个清晰的知识图谱，展示科学家们如何从对原子核内部结构的初步探索，逐步迈向对基本粒子、宇宙起源和暗物质等前沿课题的研究。 第一部分：核的黎明与粒子的初现（1930s – 1950s） 本部分追溯了现代物理学的两大支柱——核物理和粒子物理——的萌芽阶段。重点介绍了原子核的发现及其结构研究的初期尝试。 1.1 物质的基石：原子核的发现与早期模型 详细阐述了卢瑟的散射实验如何奠定了核物理的基础，以及查德威克发现中子的革命性意义。随后，本书深入探讨了玻尔和贝特克的液滴模型，以及魏斯科普夫等人提出的壳层模型，如何帮助物理学家理解原子核的稳定性与衰变规律。内容涵盖了对放射性现象的深入理解，以及早期核反应堆的初步设想，尽管这些早期的研究主要集中在学术探索而非大型工程项目上。 1.2 宇宙射线的指引 在大型加速器尚未成熟的年代，宇宙射线是获取高能粒子的主要来源。本章细致描绘了布莱克特、鲍威尔等科学家如何利用云室和照相乳胶技术，成功捕获和识别出μ子、π介子等新的不稳定粒子。这些早期发现为后来的粒子分类和标准模型的建立提供了至关重要的实验证据。 1.3 回旋加速器的诞生与初步加速 本节着重介绍第一代粒子加速器的发明，特别是劳伦斯的回旋加速器。分析了这类设备如何首次使科学家能够主动地加速带电粒子，并在可控的实验室内进行对撞和散射实验，标志着粒子物理学从被动观测走向主动探究的转折点。 第二部分：粒子 zoo 的时代与对称性的追求（1960s – 1970s） 随着粒子“动物园”的迅速膨胀——数百种新粒子被发现——物理学界迫切需要一个统一的理论框架来解释这些复杂的现象。 2.1 强相互作用的规律 重点叙述了对强相互作用的理解进程。从早期的S矩阵理论，到默里·盖尔曼和茨威格提出的夸克模型（Quark Model）。本书详细解析了八重法（Eightfold Way）如何通过对粒子家族的分类，揭示了其内在的对称性结构。这一时期的实验，主要依赖于布鲁克海文国家实验室和斯兰福直线加速器中心（SLAC）的固定靶实验。 2.2 弱电统一理论的建立 本章深入探讨了粒子物理学的两大支柱——电磁相互作用与弱相互作用——如何被一个统一的框架所涵盖。重点分析了格拉肖夫、萨拉姆和温伯格提出的电弱理论，解释了质量的起源（如中性流的发现）以及规范对称性的核心概念。虽然希格斯机制是理论的必然推论，但本章侧重于当时实验如何验证电弱理论的预言，而非对特定超大型设施的建设过程进行描述。 2.3 固定的靶子与对撞机的兴起 描述了从固定靶实验向对撞机实验转变的技术挑战和物理学优势。对撞机原理的出现极大地提高了有效碰撞能量，使得研究人员能够合成和探测质量更大的粒子，为发现第三代夸克和轻子打下了基础。 第三部分：标准模型的精炼与新物理的曙光（1980s – 2000s） 本部分着眼于理论的成熟和实验的精确化，描述了粒子物理学如何建立起一个高度成功的、描述已知基本粒子的标准模型。 3.1 量子色动力学（QCD）的胜利 详细解释了强相互作用的量子场论——QCD的形成。内容聚焦于渐近自由（Asymptotic Freedom）的发现，以及夸克和胶子如何被约束在强子内部的禁闭现象。本章对比了不同类型加速器（如质子-质子对撞和电子-正负电子对撞）在验证和精确测量QCD参数方面的不同贡献。 3.2 顶夸克与 τ 轻子的捕获 讲述了科学家们如何在90年代，通过更高能量和更高亮度的对撞实验，终于定位并确认了标准模型预言的最后一块缺失拼图——顶夸克。同时，也回顾了对第三代轻子——τ轻子——的深入研究，这些精确测量极大地巩固了标准模型的有效性。 3.3 中微子的质量谜团 本章转向了标准模型外的新物理迹象。详细探讨了中微子振荡现象的发现，这一现象直接证明了中微子具有非零质量，是标准模型建立之初未曾预料到的重要突破。描述了苏达伯里（Sudbury Neutrino Observatory）和超级神冈探测器（Super-Kamiokande）等非加速器型实验在揭示这一奥秘中的关键作用。 第四部分：当代前沿：暗物质、引力与量子信息 本部分将视角从标准模型内部的精修扩展到宏观宇宙和超越标准模型的理论探索。 4.1 寻找暗物质的足迹 本书分析了宇宙学证据（如星系旋转曲线和宇宙微波背景）对暗物质存在的强力支持。本章详细介绍了寻找WIMP（弱相互作用重粒子）的多种实验策略，包括直接探测（利用地下深处的灵敏探测器）、间接探测（寻找湮灭产物）以及高能对撞机对新粒子的产生尝试。强调了这些努力如何与大型天文望远镜的观测相结合。 4.2 量子引力的展望与弦论的数学结构 探讨了粒子物理学家和理论物理学家试图将量子力学与广义相对论统一的努力。深入解析了弦论（String Theory）和圈量子引力（Loop Quantum Gravity）等主流候选理论的核心概念，如额外维度、超对称性（Supersymmetry）的数学框架，以及它们对高能物理实验可能产生的间接暗示。 4.3 技术革新的驱动力：超导与真空工程 本章独立分析了支撑现代高能物理实验发展所需的关键技术突破，包括高场强超导磁体的工程实现、超高真空系统的维护，以及先进数据采集和实时数据处理（Triggering Systems）系统的发展。这些技术进步本身就是工程科学的壮举。 4.4 粒子物理与宇宙学、生物学的交叉 最后，本书论述了粒子物理学研究如何与更广阔的科学领域相互渗透。例如，粒子加速器技术在同步辐射光源中的应用，极大地推动了材料科学和蛋白质结构解析；而对宇宙早期高能状态的模拟，则直接服务于早期宇宙学模型的检验。 本书以一种跨学科的视角，全面回顾了过去近一个世纪以来，人类对微观世界和宏观宇宙的认知是如何被一次次的实验、一次次的理论飞跃所塑造和拓展的。它强调了基础科学研究的持久价值，以及对未知世界永不满足的好奇心如何驱动技术和知识的进步。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了历史的厚重感，那种深蓝色的背景配上烫金的“欧洲核子研究中心（CERN）”字样，让人立刻联想到那些宏伟的地下隧道和复杂的物理实验。我尤其欣赏作者在开篇对CERN创立初期那种筚路蓝缕的描述，仿佛能嗅到二战后欧洲重建时期，科学家们怀揣着和平与知识的理想，聚集在日内瓦湖畔的场景。那种纯粹的学术热情，那种跨越国界的合作精神，被描绘得淋漓尽致。虽然我期待看到更多关于具体实验装置的细节，比如早期的加速器是如何一步步升级迭代的，但作者似乎更侧重于从宏观上把握CERN作为“科学共同体”的演变。这种叙事角度虽然使得全书更像是一部历史编年史，而非纯粹的技术手册，但对于我这样一个希望了解CERN如何在政治、资金和科学前沿之间找到平衡的普通读者来说，这种历史脉络的梳理是非常有价值的。如果能有更多关于早期科学家之间激烈的学术争论的生动片段，而不是仅仅罗列成就，这本书的阅读体验会更加立体。

评分☆☆☆☆☆

从文学角度来看，这本书的语言风格是相当克制和严谨的，充满了欧洲学者的那种沉稳和内敛。这使得它在描述那些可能改变人类认知的重大发现时，反而多了一份沉甸甸的真实感，而不是浮夸的赞美。作者似乎非常注重对史实的精确考证，每一个数据点和每一次关键会议的描述都力求无懈可击。这种对“真实”的追求，无疑提升了本书的权威性。但有时候，这种过于严谨的笔触，使得叙事在某些需要情感渲染的时刻显得有些平淡。例如，面对像希格斯玻色子发现这样具有里程碑意义的时刻，我期待能读到更多关于现场人员情绪爆发的细节描写，那种突破前的紧张感和发现后的狂喜，如果能通过更富感染力的语言来描绘，这本书的震撼力会更上一层楼。它更像是一部严谨的官方记录，而非一位激情洋溢的见证者的回忆录。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排颇具匠心，它没有采用简单的年代顺序，而是将不同的重大发现和技术突破划分成若干个主题章节。这种非线性叙事的好处在于，即使我对某个特定时期的历史背景不甚了解，也能快速切入核心的科学议题。然而，也正因为这种结构，使得一些技术演进的连续性在阅读时略显跳跃。比如，从一个大型对撞机项目过渡到另一个，中间关于资金筹集和国际政治博弈的铺垫显得有些仓促。我个人更倾向于那种能看到事物发展脉络的叙述方式，看到某项技术如何在几十年间缓慢积累、最终厚积薄发的过程。书中的插图选择得很有品味，那些老旧的、布满灰尘的实验仪器照片，比任何文字描述都更能体现出科学研究的艰辛。但如果能在关键的实验设置图旁边，配上更直观的原理示意图，对于非专业读者理解实验原理会有莫大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

当我翻阅到关于粒子物理学标准模型建立的部分时，那种激动的心情是难以言喻的。书中对那些决定性的实验结果的叙述，虽然没有深入到量子场论的数学细节中，但其对实验背后的哲学思考着墨颇多。例如，作者是如何描述“对称性破缺”这一概念的，它不仅仅是一个物理定律的修正，更像是一次对我们宇宙观的深刻冲击。我特别喜欢其中穿插的一些研究人员的访谈片段，那些老一辈物理学家用朴素的语言解释他们面对未知时的那种敬畏和兴奋，远比冰冷的公式更能打动人。不过，坦白说，在描述到一些非常前沿、尚未完全被证实的理论推测时，文字略显保守，留白太多，让读者对接下来的科学发展方向有些意犹未尽。我希望作者能更大胆地去探讨那些“边缘”的、尚未被主流接受的理论猜想，即便是作为一种思想实验，也能极大地拓展读者的想象空间。整体而言，这本书成功地架起了科学发现与人文关怀之间的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本关于CERN六十年历程的书，给我最大的感受是，基础科学研究的成果往往是跨越世代的长期积累，而非一蹴而就的灵光乍现。书中对大型科学合作（Big Science）模式的探讨，尤其引人深思。它揭示了现代物理学如何从个体天才的努力，演变成需要全球顶尖人才和天价投入的系统工程。作者对CERN在推动国际合作、促进科技转移方面的作用的阐述，展现了该机构超越纯粹科学探索的更深层意义。唯一让我感到略有不足的是，书中对CERN在数据科学和信息技术（如万维网的诞生背景）的贡献的着墨似乎不够充分，这部分内容感觉像是被压缩到了一个相对较小的篇幅里。对于一个了解现代社会对数据处理依赖程度的读者来说，CERN在早期如何解决海量数据存储和共享问题，是另一个同样精彩的故事线，期待未来能有更深入的挖掘。