推薦一本科普書《奇妙的粒子世界》

最近北京大學(xué)出版社出版了黃濤、曹俊合著的《奇妙的粒子世界》(圖1)，此書力求以科學(xué)性、知識性和趣味性并舉深入淺出地介紹過去的120多年間粒子物理學(xué)的創(chuàng)生和發(fā)展。書中介紹了粒子世界的許多奇妙現(xiàn)象和規(guī)律，同時(shí)也揭示了奇妙之中有疑難，面臨一系列的挑戰(zhàn)。作者追溯到19世紀(jì)初創(chuàng)立原子論，人們將兩千多年前原子構(gòu)成的思想由哲學(xué)的推理變成了科學(xué)的原子學(xué)說。20 世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)原子是由原子核和繞它運(yùn)轉(zhuǎn)的電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成，在20世紀(jì)60年代中又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子由更基本的夸克組成?？v觀歷史，粒子物理學(xué)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段(1897～1937)基本粒子概念形成。1897 年發(fā)現(xiàn)了電子，開啟了粒子物理學(xué)新時(shí)代，20 世紀(jì)30 年代逐漸地認(rèn)識到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小基本成分是電子、質(zhì)子、中子和光子等基本粒子。量子力學(xué)成為原子物理和原子核物理的基本規(guī)律。1937年在宇宙線中發(fā)現(xiàn)μ子開始了粒子物理學(xué)發(fā)展的第二階段，即基本粒子大發(fā)現(xiàn)時(shí)期。特別是粒子加速器的發(fā)明使人類在用加速器對粒子加速就可以得到過去只有在宇宙線里才能有的高能量粒子，1954年以后物理學(xué)家們可以在精心地控制下選擇不同的束流做研究基本粒子的實(shí)驗(yàn)。1964 年以夸克模型為標(biāo)志，粒子物理學(xué)發(fā)展進(jìn)入了第三階段，直到今日，人類認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)深入到夸克和輕子新層次，夸克和輕子所遵從的標(biāo)準(zhǔn)模型理論出色地描述了由夸克和輕子演變而產(chǎn)生的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，已經(jīng)受了50年的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)成為粒子物理學(xué)的基本理論。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理論是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的結(jié)晶，是20世紀(jì)探索微觀世界規(guī)律的極重要的成就。

圖1

經(jīng)過這一百多年來科技的飛速發(fā)展，人類深刻地認(rèn)識到從夸克到宇宙多層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在夸克和輕子層次，色味俱全的夸克被禁閉在強(qiáng)子內(nèi)部，物理圖象完全不同于原子和原子核結(jié)構(gòu)，它們所遵從的動(dòng)力學(xué)規(guī)律也完全不一樣。另一方面，隨著粒子物理學(xué)和宇宙觀測的發(fā)展，宇宙起源和微觀世界的粒子物理學(xué)有著越來越密切的關(guān)系。多年來，人們力求尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理和新規(guī)律。至今唯一超出于標(biāo)準(zhǔn)模型物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是中微子具有微小質(zhì)量和不同代中微子之間的振蕩現(xiàn)象。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型取得了很大的成功，然而它卻無法解釋宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，不能解答宇宙中正、反物質(zhì)不對稱疑難。人們相信確定中微子CP破壞的大小對完全理解宇宙的起源十分重要。

此書的作者從事粒子物理研究多年，不僅深刻了解粒子物理發(fā)展歷史而且以自身經(jīng)歷的片段穿插在文中形成本書的獨(dú)特之處。例如書中特別介紹了我國科學(xué)家提出的層子模型理論以及近年來大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)和即將運(yùn)行的江門中微子實(shí)驗(yàn)等。此書非常適合對科學(xué)有興趣的青年讀者增長知識，獲益生趣，增進(jìn)探尋物質(zhì)結(jié)構(gòu)和宇宙奧秘的執(zhí)著精神勇于探索，求真創(chuàng)新。