希格斯粒子是如何找到的

希格斯粒子是如何找到的 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社 作者:[英] 乔恩·巴特沃思 出品人: 页数:278 译者:黄日俊 出版时间:2016-1-1 价格:39.00元 装帧:平装 isbn号码:9787115405463 丛书系列:图灵新知
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具体描述

在瑞法边境地下百米处深藏着一个全长27千米的庞然大物,那就是享誉世界的粒子加速器、人类有史以来建造的复杂的实验设施之王,也是世界上机器中的王者——大型强子对撞机(LHC)。

自2008年9月启动以来,LHC在不断打破对撞能量记录的同时,也在持续开辟人类知识的新疆界。而2012年7月希格斯玻色子在LHC上被发现,是粒子物理乃至科学在过去几十年里重大的发现之一。它不仅为粒子物理的标准模型拼上了重要的一块拼图,解决了“粒子物理的核心问题”,也在世界各地的公众当中引发了持续的热情和关注。

那么希格斯玻色子是什么?它又是如何被发现的?除了搜寻希格斯玻色子,LHC还做了什么?在CERN的生活又是什么样子的?

在这本首次由内部人士讲述希格斯玻色子发现过程的书中,CERN物理学家乔恩·巴特沃思就将带你深入体验发现的整个过程,了解LHC背后的科学、技术、政治和文化,感受在一个现代粒子物理的大型国际合作项目中的生活的点点滴滴。

《宇宙的基石:寻找希格斯粒子》 宇宙,这片浩瀚无垠的黑暗画布,自古以来便激发着人类最深沉的好奇与探索。我们仰望星空,试图理解构成万物的基本原理,寻找那隐藏在时间和空间深处的秩序。在无数个世纪的追寻中,科学家们如同孜孜不倦的炼金术士,不断解剖物质的本质,试图揭示宇宙最基本的“乐高积木”。而在这场宏大的求索中,一个名为“希格斯粒子”的存在,长期以来如同幽灵般徘徊在理论的边缘,却又被预言为万物得以拥有质量的关键。 本书并非对某一部特定书籍的介绍,而是试图描绘一幅更为宏大的图景:一场跨越数十载,汇集全球顶尖智慧,在人类科技巅峰上进行的史诗级探索——寻找那个“赐予质量”的粒子。这是一段关于科学的浪漫史诗,关于人类如何运用智慧、毅力和想象力,去触碰那最抽象、最难以捉摸的现实。 故事的开端,要追溯到20世纪60年代。在理论物理学家们构建的标准模型试图解释粒子物理学世界的框架时,一个令人困扰的难题浮出水面:为什么宇宙中的基本粒子,如电子、夸克等,会拥有不同的质量?按照当时的一些理论,这些粒子本应是无质量的。这种不一致性,如同一个刺眼的瑕疵,迫使理论家们不得不重新审视他们的模型。 正是在这样的背景下,一群先驱性的物理学家,包括罗伯特·布劳特、弗朗索瓦·恩格勒以及彼得·希格斯等人,独立或合作地提出了一个革命性的猜想。他们设想,宇宙中弥漫着一种看不见的“场”,被称为“希格斯场”。当基本粒子穿过这个场时,它们会与这个场发生相互作用,这种相互作用的强度决定了粒子的“惯性”,也就是我们所理解的“质量”。越是强烈地与希格斯场相互作用的粒子,质量就越大;反之,质量就越小。而那些不与希格斯场相互作用的粒子,比如光子,则会永远保持无质量的状态,以光速在宇宙中穿梭。 这个理论如同在混沌中点亮了一盏明灯,它不仅完美地解释了粒子质量的来源,还为标准模型提供了坚实的理论基础。然而,理论的提出只是第一步。要让这个精妙的猜想成为科学界的共识,还需要一个更为关键的步骤——找到那个“希格斯场”的载体,即“希格斯粒子”。 然而,寻找希格斯粒子并非易事。根据理论预测,希格斯粒子极不稳定,在被产生后会迅速衰变成其他更小的粒子。这意味着,科学家们无法直接“看见”它,只能通过探测它衰变产生的“证据”来间接证明它的存在。这就像是在一个巨大的、嘈杂的房间里,试图听到一个极其微弱的、瞬间即逝的声音,并且要从成千上万的其他声音中辨别出它。 为了实现这一目标,人类需要建造当时世界上最强大的科学仪器。20世纪末,欧洲核子研究中心(CERN)在瑞士与法国边境启动了一项雄心勃勃的计划——建造大型强子对撞机(LHC)。LHC是一台令人难以置信的工程奇迹,它是一台巨大的环形加速器,周长达27公里,能够将质子加速到接近光速,然后让它们以极高的能量相撞。这些高能碰撞能够模拟宇宙大爆炸初期极其短暂的瞬间,为希格斯粒子的产生提供必要的能量。 LHC的建造过程本身就是一部充满挑战与创新的篇章。无数工程师、技术人员和科学家投入了无数心血,克服了设计、建造和调试过程中遇到的种种技术难题。从超导磁铁的精确制造,到探测器的精细组装,再到庞大数据处理能力的构建,每一个环节都凝聚着人类的智慧与汗水。 当LHC投入运行时,它就像一个巨型的“宇宙显微镜”,每秒钟发生着数以亿计的质子对撞。而分布在对撞机上的两台巨型探测器——ATLAS和CMS——则如同最灵敏的“耳朵”,捕捉着每一次碰撞产生的海量数据。这些数据,经过复杂的分析和筛选,试图从中寻找出与希格斯粒子衰变特征相符的“信号”。 这是一场漫长而艰苦的“大海捞针”式的过程。科学家们需要发展全新的算法和技术来处理和分析海量数据,需要对各种已知的粒子物理过程有着极其深入的理解,以便能够区分真实的信号与背景噪声。无数个日夜,在计算机屏幕前,研究人员们仔细地审阅着一张张数据图表,一遍又一遍地进行着统计分析。 时间一分一秒地过去,希望与失落交织。科学家们知道,这个粒子可能存在,但它的信号可能非常微弱,甚至可能根本不存在。质疑、怀疑、坚持,构成了这场探索的真实写照。 终于,在2012年7月4日,一个历史性的时刻到来了。CERN宣布,ATLAS和CMS实验的科学家们观测到了一个与标准模型预言的希格斯粒子高度一致的新粒子。这个粒子的性质,无论是在质量还是在衰变模式上,都与希格斯粒子的理论预测惊人地吻合。 那一刻,科学界沸腾了。多年的付出、无数的汗水、漫长的等待,终于得到了回报。这个发现,不仅为希格斯机制提供了有力的实验证据,标志着标准模型的最后一块拼图被找到,更将人类对宇宙基本规律的理解推向了一个新的高度。 这个发现并非终点,而是新的起点。对希格斯粒子的进一步研究,将为我们揭示更多关于宇宙的奥秘,比如暗物质、暗能量的本质,以及宇宙的起源和演化。 “宇宙的基石:寻找希格斯粒子”所描绘的,正是这样一个波澜壮阔的科学征程。它不仅仅是关于一个粒子的发现,更是关于人类求知欲的伟大体现,关于跨越国界、跨越学科的合作力量,以及人类探索未知、挑战极限的精神。它告诉我们,通过不懈的努力和对真理的执着追求,即使是最微小、最难以捉摸的宇宙秘密,也终将被我们揭示。

作者简介

乔恩·巴特沃思(Jon Butterworth),伦敦大学学院(UCL)物理学教授、物理和天文系主任,现工作于CERN大型强子对撞机(LHC)的ATLAS实验。

他成长于英国曼彻斯特市,1989年从牛津大学本科毕业(物理学),1992年获得牛津大学博士学位(高能物理学)。随后在美国宾夕法尼亚州立大学的资助下,他在德国汉堡DESY强子–电子环形加速器(HERA)的ZEUS实验进行博士后研究。1995年,他加入UCL,并继续在ZEUS工作,直到2008年。此后,他带领一个UCL团队,工作于ATLAS实验,并先后担任过ATLAS蒙特卡罗小组和ATLAS标准模型小组的召集人。

他个人的研究主要集中在LHC上有关电弱对称性破缺的物理过程,包括对希格斯玻色子的搜寻。他和合作者首次提出了将利用强子喷注的次级结构来寻找高速运动粒子衰变的方法运用到希格斯玻色子的搜寻中。2013年,他“因在高能粒子物理,尤其在理解强子喷注方面先驱性的实验和唯象理论工作”而荣获英国物理学会的查德威克奖章。

除了教学和研究工作,他还曾担任主管科研经费分配的英国科学和技术设施理事会(STFC)下设科学委员会的成员以及CERN的英国代表团的成员。他也积极致力于与政府和公众的科学沟通和传播,包括举办讲座、参与媒体节目、在《卫报》开辟博客(“Life and Physics”)以及拍摄系列纪录片《对撞的粒子》(Colliding Particles)等。

目录信息

引言
第一章 数据到来之前
第二章 重启
第三章 高能
第四章 标准模型
第五章 传言和极限
第六章 希格斯粒子的首个线索和一些疯狂的中微子
第七章 逼近
第八章 发现
第九章 下一步做什么?
致谢
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读后感

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用户评价

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这本书的书名就充满了探索的意味,让人不禁好奇,那个曾经只存在于理论中的“上帝粒子”,究竟是如何一步步被科学家们揭开神秘面纱的?我拿到这本书的时候,就迫不及待地想要 diving into 它的世界。虽然我不是物理学专业的,但书名中的“希格斯粒子”早已耳闻,知道它在现代物理学中扮演着至关重要的角色,是理解宇宙基本构成的一部分。我一直对科学的发现过程感到着迷,尤其是那些看似遥不可及的理论,是如何通过无数次的实验、失败、再尝试,最终被证实或证伪的。这本书的标题让我联想到那些在实验室里通宵达旦的科学家,他们的智慧、毅力,以及那股不懈追求真理的精神。我尤其期待书中能描绘出那些关键的时刻,比如理论的提出,实验设计的巧妙之处,甚至是那些意想不到的发现,是如何一点点拼凑出整个故事的。我希望作者能够用一种易于理解的方式,为我这样非专业读者讲解清楚其中的奥秘,避免过多的专业术语,或者能够用生动的比喻来辅助说明。我更想了解的是,在这个漫长的探索过程中,科学家们是如何克服重重困难的,有没有一些感人的故事,或者一些意想不到的转折?这本书,在我看来,不仅仅是关于一个粒子的发现,更是一部关于人类智慧、协作和坚持的史诗。

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对于我来说,科学的魅力往往体现在它如何一点点揭示我们所处世界的真相。《希格斯粒子是如何找到的》这个书名,就如同一个充满诱惑的谜语,让我迫不及待地想知道答案。我并不是一个物理学领域内的专业人士,但我对那些影响深远的科学发现总是充满好奇,尤其是那些能够改变我们对宇宙认知的重要突破。我总觉得,每一个伟大的科学发现背后,都隐藏着一段跌宕起伏的故事,充满了智慧的闪光、不断的尝试,以及无数人的心血。这本书的题目让我联想到那些在实验室里默默耕耘的科学家们,他们是如何从一个模糊的理论概念,一步步走到最终的实验验证?我希望这本书能够深入浅出地解析这个过程,用清晰的语言和生动的例子,让我这个门外汉也能理解其中蕴含的科学原理和发现的意义。我更期待能够感受到那些科学家们在探索过程中所经历的挫折、坚持和最终的喜悦。这本书,对我而言,不仅仅是关于一个粒子的发现,更是一次关于人类探索精神的致敬,让我能更深入地理解科学是如何一步步构建我们今天的知识体系。

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我一直认为,伟大的科学发现往往不是一蹴而就的,而是一个漫长而曲折的旅程,充满了智慧的闪光和不懈的努力。《希格斯粒子是如何找到的》这个书名,立刻就抓住了我的注意力,因为它精准地指向了一个让我非常感兴趣的主题:科学发现的“幕后故事”。我不是物理学家,对量子力学和粒子物理学的理解可能只限于皮毛,但正是这份好奇心驱使我想要了解更多。我希望这本书能像一部精彩的纪录片一样,带领我走进那个充满未知和挑战的科学世界。我想看到那些伟大的头脑是如何碰撞出火花,如何在浩瀚的数据中寻找线索,又是如何设计出那些精巧绝伦的实验来验证他们的猜想。我想知道,在那些看似枯燥的数字和图表中,隐藏着怎样的故事,又凝聚着多少人的心血。我期待作者能够用一种引人入胜的方式,讲述希格斯粒子的发现历程,让那些复杂的物理概念变得生动有趣,而不是让人望而却步。我希望能够感受到那种探索未知的激动人心,以及最终揭示宇宙奥秘的喜悦。这本书,在我看来,是一扇通往科学殿堂的窗户,让我得以窥见其中隐藏的智慧与艰辛。

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对于我这样一个对宇宙充满好奇但又非专业背景的读者来说,《希格斯粒子是如何找到的》这个书名本身就带有一种引人入胜的魔力。它承诺讲述一个关于发现的故事,一个关于人类智慧如何战胜未知的故事。我一直觉得,科学的发现过程比最终的结论本身更加精彩,因为它揭示了人类探索真理的本质。我想象着,在那些精密复杂的实验室里,无数科学家是如何为了同一个目标而努力,他们是如何思考,如何实验,又是在怎样的挫折中坚持下去。我特别期待这本书能够用一种平实易懂的语言,让我能够理解那些抽象的物理概念,并且能够感受到那个漫长而艰辛的寻找过程。我希望能够从中看到那些伟大的头脑是如何合作,又是如何独立思考,最终共同推动科学进步的。这本书,在我看来,不仅是一个关于希格斯粒子的科普读物,更是一部关于人类探索精神的赞歌,让我能够更深切地体会到科学的魅力所在,以及那些为之奋斗的人们所付出的巨大努力。

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我一直相信,科学的进步并非一帆风顺,而是一个充满挑战与惊喜的旅程。当我看到《希格斯粒子是如何找到的》这本书名时,我的内心立刻被一种强烈的求知欲所点燃。虽然我不是物理学领域的专家,但“希格斯粒子”这个名字早已在科学界引起了广泛关注,它象征着我们对宇宙基本法则的理解迈出了重要一步。我特别好奇的是,究竟是什么样的思考过程,什么样的实验设计,才能够最终捕捉到这个如此微小且难以捉摸的粒子?我期望这本书能够像一位耐心的向导,带领我穿越那些复杂的科学理论和技术细节,让我能够理解这个发现的来龙去脉。我渴望了解科学家们是如何从最初的理论萌芽,到一步步构建实验设备,再到最终从海量数据中筛选出那个决定性的信号。我期待书中能够描绘出那些充满智慧的火花,那些不懈的努力,以及那些令人振奋的时刻。这本书,在我看来,不仅仅是对一个物理粒子的介绍,更是对人类探索精神的一次生动诠释,让我能够更加深刻地体会到科学的严谨与浪漫。

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买了三年了,现在才看完,讲的是一个故事。

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Return of the LHC

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Return of the LHC

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看理论物理学家和实验物理学家的科普,风格完全不同。个人更偏好前者,但作者的此书依然值得推荐。

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需要浅显易懂的不推荐这个本,小日本的<强力与弱力>好,都是讲同样的故事