LEP - The Lord of the Collider Rings at CERN 1980-2000 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Schopper, Herwig

出品人:

页数:211

译者:

出版时间:

价格:$ 79.04

装帧:

isbn号码:9783540893004

丛书系列:

图书标签:

CERN
粒子物理
大型强子对撞机
科学史
欧洲核子研究组织
物理学
高能物理
科技史
20世纪物理学
实验物理

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具体描述

Housed by a 4 m diameter tunnel of 27 km circumference, with huge underground labs and numerous surface facilities, and set up with a precision of 0.1 mm per kilometer, the Large Electron-Positron Collider (LEP) was not only the largest but also one of the most sophisticated scientific research instruments ever created by Man. Located at CERN, near Geneva, LEP was built during the years 1983 - 1989, was operational until 2000, and corroborated the standard model of particle physics through continuous high precision measurements. The Author, director-general of CERN during the crucial period of the construction of LEP, recounts vividly the convoluted decision-making and technical implementation processes - the tunnel alone being a highly challenging geo- and civil engineering project - and the subsequent extremely fruitful period of scientific research. Finally he describes the difficult decision to close down LEP, at a time when the discovery of the Higgs boson seemed within reach. LEP was eventually dismantled in 2000, enabling the tunnel to be reused for building the next generation machine, the much more powerful Large Hadron Collider (LHC), an upgrade then called LEP3 and foreseen from the beginning. It became operational just as this account was being completed. Written by the main protagonist responsible for making LEP a reality, this is the definitive inside story of a remarkable machine and the many thousands of scientists and engineers from around the world, whose efforts contributed to the new knowledge it produced.

物质的起源与宇宙的边界：高能物理学的探索之路在二十世纪下半叶，人类对物质最深层次结构的理解迎来了一场革命性的飞跃。这套跨越了二十年（1980-2000年）的史诗性探索，不仅仅是关于加速器和探测器技术的进步，更是对自然界基本定律的深刻反思与验证。我们聚焦于一个宏伟的科学前沿——高能物理学，一个致力于揭示宇宙万物由何构成的领域。这段时期是粒子物理学黄金时代的延续与深化，标志着“粒子物理学标准模型”从理论的蓝图走向了实验的证实。在此期间，全球主要的粒子物理实验室，特别是欧洲核子研究中心（CERN）等，成为了人类智慧的聚焦地。第一部分：标准模型的巩固与新粒子的狩猎（1980-1995） 1980年代伊始，物理学家们已经掌握了夸克（上、下、奇、粲、底）和轻子（电子、μ子、τ子及其对应中微子）的理论框架，以及传递基本力的三种规范玻色子——光子、W和Z玻色子。然而，这个模型要建立起坚实的物理大厦，还需关键的“粘合剂”——希格斯机制及其对应的希格斯玻色子。弱电统一理论的辉煌胜利：本阶段的重点任务之一，是对电弱相互作用的最终确认。1983年，CERN的UA1和UA2实验成功地在质子-反质子对撞中直接观测到了W和Z玻色子。这次发现，不仅为电弱统一理论提供了无可辩驳的证据，更直接验证了标准模型在描述电磁力与弱核力统一方面的精确性。随后对这些玻色子质量、衰变宽度和耦合常数的精确测量，如同用最精密的尺子丈量着理论的每一个细节。夸克味的深度挖掘：对已知夸克物理的深入研究从未停止。底夸克的性质在1980年代得到了充分的揭示。特别是对B介子衰变的研究，成为了寻找“CP破坏”（Charge-Parity Violation）迹象的关键战场。CP破坏是解释宇宙中物质（我们自身）为何多于反物质的关键所在，而B介子体系被认为是实现这种不对称性的主要舞台。实验物理学家们需要不断提高对B介子产生率和衰变链分析的效率，以期捕捉到微弱的CP不对称信号。高能对撞的演进：为了实现这些突破，加速器技术经历了巨大的飞跃。从早期的固定靶实验转向高亮度、高能量的对撞机，特别是质子-反质子对撞机（如SppS）的运行，使得实验团队能够产生出标准模型预测的重粒子。这些新一代的对撞实验，不仅仅是简单地堆砌能量，更需要精巧的束流控制和前所未有的数据采集速度。探测器技术也同步发展，从传统的漂移室到新兴的硅微条探测器和高性能量能器，为从背景噪声中分离出稀有的物理事件提供了必要的“火眼金睛”。第二部分：超越标准模型的前奏与宇宙学连接（1995-2000）进入1990年代中期，标准模型虽然取得了巨大成功，但其内在的局限性也越来越清晰：它无法解释引力、中微子的质量，以及暗物质和暗能量的存在。因此，实验的重点开始转向寻找标准模型的“缝隙”，寻找新物理的蛛丝马迹。顶夸克的捕获与确认：顶夸克（Top Quark），作为标准模型中质量最大的基本粒子，其发现是本阶段的里程碑事件。它在弱相互作用中的独特地位，使其成为检验夸克混合矩阵（CKM矩阵）一致性的终极试金石。1995年，费米实验室（Fermilab）的CDF和D0实验团队最终宣布了顶夸克的确证。顶夸克的质量测量结果，与标准模型内部对电弱对称性破缺参数的预测紧密相关。如果顶夸克质量偏离理论预测，那将是新物理存在的有力信号。轻子物理的意外发现：中微子，这个曾经被认为不携带质量的幽灵粒子，在本阶段末期开始显露其“诡计”。对μ子到电子的衰变（μ→eγ）的精密测量仍在继续，旨在限制新物理的介入，但更令人振奋的进展来自于对中微子振荡现象的间接观察。虽然中微子质量的直接测量尚未完成，但这些实验强烈暗示中微子拥有微小的质量，这直接意味着标准模型是“不完备”的，必须被一个更广阔的理论所取代。强相互作用的精细描绘：除了电弱物理，强相互作用（QCD）的研究也达到了一个新的深度。在较高能量下，对喷注（Jets）的产生和散射截面的测量，帮助物理学家完善了“微扰QCD”的计算，并更精确地确定了强相互作用的耦合常数（$alpha_s$）。同时，对夸克-胶子等离子体这一极端物质状态的探索，虽然主要在重离子对撞机上进行，但其理论框架与标准模型基础紧密相连，试图理解强相互作用在宇宙极早期是如何演化的。对新物理的展望与搜索：在整个十年间，对超对称粒子（Supersymmetry, SUSY）和额外维度等理论模型的实验搜索从未放松。虽然主要的、低能量的SUSY信号尚未被发现，但实验界已经设定了极高的质量下限，迫使理论家们不断修正和调整他们的模型。特别是对一些非预期的现象，例如奇怪的衰变产物或异常的能谱，物理学家们保持着高度的警惕，因为任何一个偏离预期的信号，都可能揭示出隐藏的维度或未知的力。总结：一个时代的总结 1980年至2000年，是高能物理学从“验证”走向“超越”的关键十年。在这一时期，人类不仅通过对W、Z玻色子和顶夸克的发现，完成了对标准模型的精确构建，更通过对B介子物理和中微子行为的深入研究，触摸到了标准模型之外的未知领域。这些探索，为21世纪初期的大型强子对撞机（LHC）时代的到来，奠定了坚实的实验基础和明确的理论目标。这是一场关于物质本质的宏大叙事，充满了精确的计算、精妙的工程和对宇宙终极奥秘永不满足的好奇心。