TOP
1/1
庫存 > 10
定  價:NT$450元
優惠價: 79356
可得紅利積點:10 點

庫存 > 10


商品簡介

作者簡介

目次

書摘/試閱

不斷探究最基本物質組成的物理學家,
不只是在追求無窮小的答案,也是在尋找宇宙生成的終極答案。

|走出實驗室的科學家寶琳.甘儂(Pauline Gagnon),
以最簡明的科普語言,帶領讀者深入本世紀最重大、造價最高昂、規模最大的科學研究事件之一:2013年希格斯玻色子的發現。
跨越知識的門檻,
不再害怕物理的深奧難解,
不必去歐洲也能知悉最前沿的科研工程現況,
我們在實驗室裡也能解開好幾萬光年之外的宇宙大爆炸謎團。|

全世界一百多國的粒子物理學家聚集在歐洲核子研究組織,花費十五年的時間連同數百位工程師、數千名技術人員打造位於地下300公尺、攝氏負200度以下、3800噸重且長達27公里的環狀軌道探測器,目標是為了尋找理論上應該存在、但尚未發現的希格斯玻色子、暗物質,探索大爆炸之後,宇宙的能量如何以「粒子」的形式形成「物質」,讓黑暗渾沌的宇宙變得可見。

粒子物理學家到底想做什麼呢?其實說穿了,就是想要理解世界的組成。我們所看到的摸到的東西,是由更小的元件組成。而這些元件又是由更小的基礎單位:原子所組成。那原子已經最小了嗎?Atom 這個詞被發明出來且被使用的時候,人們還沒有實際觀察他們的方法,所以 Atom 的語源其實已經帶有「最初的」、「不可分割」的意涵。不過隨著近代物理學家的努力,我們先推得目前已經被推翻的原子的行星模型:電子繞著由質子和中子組成的原子核旋轉。接著,我們從這些粒子的電荷、質量與其行為,首先提出假設:這些粒子乃是由更基本的粒子所組成。然後由於粒子加速對撞機的發明,我們終於能夠把這些粒子給「撞裂」開來,並且觀察到更細部的變化和運作方式。

在粒子物理的研究上,人們難免也會好奇何以需要在這種看不見的東西上面花下鉅資來做研究。實際上,在粒子物理學家的努力之下,我們可以這樣理解宇宙:我們所處的環境,與宇宙的某處,其實是建立在特定前提相當的條件下成立的。這也就是說,粒子在地球上被觀測到的行為,在宇宙的不知名遠方也會發生。因此,當我們在宇宙的觀察中,偵測到了特定的訊號時,由於我們在粒子物理上的研究成果,我們將有辦法理解宇宙發生了什麼事情。而這些理解,雖然短時間內乍看彷彿對於我們的生活沒有什麼影響,實際上,卻是在我們生活的邊際不斷往星球外擴增的同時,必須先行探勘的一門學問。

關於粒子物理學的熱門問題:
■ 為什麼研究「上帝粒子」希格斯玻色子如此重要?
■ 什麼是暗物質?大爆炸的時候應該產生同樣多的物質和反物質,但為什麼今天我們看到的宇宙是以物質呈現?
■ 我們只能透過粒子衰變過程來察知粒子的存在,但這樣我們到底是在尋找衰變的能量還是在尋找最基本物質——粒子?
■ 如果全速啟動一台超導環場探測器(ATLAS)一年,我們將會花費美國一間普通規模核能電廠1.5倍的電量,為什麼要花費昂貴代價只為探求遙不可及的宇宙問題?粒子物理的研究帶動了怎樣的科技研發,又為醫學、機械、能源領域帶來怎樣的新應用技術?
……

認識粒子物理學的基本知識和科學家的日常工作,
探索科學基礎研究將為歷史及未來生活帶來怎樣無限的可能,你將發現科幻小說中的世界級有可能成真!

寶琳.甘儂Pauline Gagnon

加州大學粒子物理學博士,現任職於印第安納大學,為歐洲核子研究組織(CERN )的超導環場探測器(ATLAS)研究團隊的研究人員。從2011年開始,她多方伸出觸角,尋求跨領域溝通的機會。她於2015年完成本書法文版,並於2016年寫成英文版並出版。

譯者簡介 
張宛雯

畢業於哥倫比亞大學物理系。現從事筆譯工作。

緒論
第一章 粒子物理101:物質由什麼構成?
第二章 粒子物理進階: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 宇宙的黑暗面:暗物質
第六章 標準模型的再進化:向超對稱理論「壽司」(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):獨特的跨國科研合作範本
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 尋找女科學家: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 科學史的失落公案:米列娃‧馬利奇‧愛因斯坦的歷史定位

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了。

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,基本粒子質量的產生有三個要件:機制、場、玻色子。布勞特–恩格勒–希格斯機制(Brout-Englert-Higgs mechanism)是一個數學表述,該機制透過數學方程式描述了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),這個場只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,就好像波浪是海平面的激發,找到希格斯玻色子就證明了這個場的存在。

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裡一個極小的點上,所產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,而且出現後馬上就分裂。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產物。

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,物理學家可以提取出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出來,進而使科學家能夠自數百萬個乾草堆中抽取出一根針。

第五章:宇宙的黑暗面︰暗物質和星系起源的祕密

標準模型運作地不可思議地成功,但它只適用於宇宙內含之物的百分之五,原來,宇宙的百分之二十七是由一種奇怪的物質所組成的,它叫做暗物質,它絕對的神祕。剩下的百分之六十八則是由一種未知的能量所組成,這股能量像謎一樣。我們有足夠的證據顯示暗物質確實存在,而它們在天文學研究當中的角色相當重要,其對星系的形成過程起了催化作用。目前世界上有數個暗物質實驗正在進
行中,希望不久之後能首次捕捉到暗物質粒子,上述實驗的所在地點包括地底深處、國際太空站(International Space Station)以及歐洲核子研究組織的大強子對撞機。

第六章:標準模型的再進化:向超對稱理論「SUSY」求救

標準模型雖然取得了驚人的成功,但卻有幾個缺陷:例如,它無法解釋重力,也無法解釋暗物質。很顯然的,應該還存在著一個更加完備的理論,這個理論將以標準模型為基礎,但涵蓋範圍會更廣。一個可行且誘人的理論叫作超對稱(supersymmetry,或稱SUSY),它是現在非常被看好的理論新秀。超對稱理論具有所有能夠取悅我們的特質,它以標準模型為根基,能統合物質微粒與力載
子,還附帶了可以做為暗物質理想候選的新粒子。超對稱理論最大的問題是它還沒有被發現。那麼,這個假設是否還有可能是對的呢?當然有可能!

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

所有研究都需要經費,那麼錢花得值得嗎?我的答案是肯定的,沒有一絲一毫的猶豫。多虧了基礎研究,全人類對於我們周遭的物質世界才有更完好的了解。這個回報就很夠了,但如果我們考慮到其他益處,回報還會更多。科學研究帶來了受過良好訓練的人力資源,這些人在許多方面均對社會的發展作出了貢獻。即便是短期來看,基礎研究所衍生出的經濟與技術的突破也使之成為最好的投資標的之一。

第八章:歐洲核子研究組織(CERN):獨特的跨國科研合作典範

數以千計的研究人員一起工作,沒有直屬上司,並擁有完全的自由,得以決定何時、何地以及如何工作。這有可能是真的嗎? 實際上這就是粒子物理學當中大型實驗合作計畫的運作方式,這種管理模式對於所有參與者的創造力、個人主動性和自主性有利,實驗能夠成功完全仰賴整個群體的共同利益。這樣的工作模式一旦普及,在未來也可能使許多公司受惠。

第九章:物理學的多元發展可能

與幾十年前相比,現在有更多的女性投身於物理學界。雖然情況正在改變,但在歐洲核子研究組織仍只有17.5%的科學家是女性。為什麼會這樣呢?我們要如何改善這個情況呢?女性並不是這個領域當中唯一人數稀少的族群。在性別、種族、性取向、宗教以及生理能力等各方面,科學界如果能夠有更多的包容性,將會是百利而無一害。在本章中,我們可看到科學界的多樣性如何催生更大的創造力。

第十章:下一波的新發現將是?

作為總結,我將拿出水晶球,試著預測未來幾年可預見的發現會是什麼。特別是在二○一五年歐洲核子研究組織的大強子對撞機以更高的能量重新啟動後,打開了新發現之門,這些突破可能徹底改變我們對於周遭物質世界的看法。

購物須知

為了保護您的權益,「三民網路書店」提供會員七日商品鑑賞期(收到商品為起始日)。

若要辦理退貨,請在商品鑑賞期內寄回,且商品必須是全新狀態與完整包裝(商品、附件、發票、隨貨贈品等)否則恕不接受退貨。