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Particle Physics: A Very Short Introduction(粒子物理學簡介) cover

物理學

物理學

Particle Physics: A Very Short Introduction(粒子物理學簡介)

Frank Close

英文原名: Particle Physics: A Very Short Introduction

一本由理論物理學家兼資深科普作家撰寫、不用數學推導的粒子物理精簡入門。書中說明在最小尺度上物質由什麼組成、基本作用力如何在粒子之間作用,以及科學家如何利用加速器與偵測器來探究;本版已依希格斯玻色子的發現加以更新。

需要的基礎: 只需高中自然科學程度,不需要數學。

難度等級
入門
學術層次
大學部
particle physicsstandard modelquarks and leptonshiggs bosonvery short introduction

01 / 導讀

導讀

引用

Close, F. (2023). Particle Physics: A Very Short Introduction (2nd ed.). Oxford University Press.

章節概要

第二版共十章,另有延伸閱讀、術語表和索引,出版社所列的平裝本為176頁。出版社介紹說,這是希格斯玻色子發現之後的一次大幅修訂:帶讀者深入原子,考察夸克、電子和中微子,解釋希格斯玻色子的作用,並展示粒子物理學的發現究竟是怎樣做出的。下面的描述不超出章節標題和出版社介紹所能支援的範圍。

第1–2章:向宇宙中心的旅程;大和小到底有多大多小?

開頭兩章通過逐層深入物質的結構,並確立所涉及的尺度來鋪墊背景。第2章的標題表明,它關注的是這門學科所處的大小和距離。

第3–4章:我們如何得知物質由什麼構成,以及我們發現了什麼;物質的核心

第3章把方法與結果結合在一起:物理學家如何弄清物質由什麼組成,以及他們發現了什麼。第4章涉及物質的內部結構。據出版社介紹,書中考察的粒子包括夸克、電子和中微子。

第5–6章:加速器:宇宙的與人造的;探測器:照相機與時間機器

這兩章講出版社所強調的實驗方面:提供高能粒子的機器(天然的和人造的),以及記錄所發生之事的探測器。

第7章:自然界的力

講粒子之間作用的基本力。

第8–9章:奇異物質(與反物質);物質從何而來?

從標題可以看出,敘述轉向奇異物質和反物質,然後是物質的起源。出版社把反物質之謎列為本書收尾的主題之一。

第10章:21世紀的問題

最後一章展望未來。出版社說,它涉及關於反物質和有質量中微子的新想法,以及未來50年的研究可能揭示的希格斯場的本質。

核心概念

第1–6章:物質、尺度與方法

  • 夸克、電子和中微子:出版社點名的書中例子。
  • 加速器:第5章的主題。
  • 探測器:第6章的主題。

第7–10章:力、反物質與未解之題

  • 基本力:第7章。
  • 反物質:第8章,以及出版社對收尾主題的描述。
  • 希格斯玻色子與希格斯場:據出版社介紹,是此次修訂的重點。

評析

優點

  • 短小而有條理。 袖珍的篇幅中有十章,從物質結構講到實驗方法,再講到力與未決問題,一兩次就能看到整個學科的全貌。
  • 實驗是故事的一部分。 有兩章專講加速器和探測器,出版社也強調書中展示了發現究竟是怎樣做出的。
  • 在希格斯發現之後更新。 據出版社介紹,第二版的修訂考慮到了希格斯玻色子及其留下的問題。
  • 不需要數學。 該叢書自稱是迅速進入新學科的途徑,出版社把本書描述為一本引人入勝、生動活潑的一卷本導論。

侷限

  • 深度有限,這是設計使然。 全書176頁,不要求讀者懂方程,書中提到粒子和力,但不展開計算;想要自己算點什麼的讀者需要教科書。
  • 獨立評價很少。 沒有找到關於第二版的期刊書評,所以這裡的判斷依據的是目錄和出版社的介紹,而不是外部評價。
  • 版次日期不一。 出版社的列表給出英國版為2023年,同一ISBN的印度印本則標有較晚的日期,請核對手頭的印次。

在課程中的定位

這是核物理與粒子物理書單中最容易讀的一本,也是自然的第一本。Dodd 與 Gripaios 的 The Ideas of Particle Physics 篇幅更長,是按時間順序、更詳細地講述同一個故事的概念性綜述,其前言明言書中沒有推導。Griffiths 的 Introduction to Elementary Particles 和 Martin 與 Shaw 的 Nuclear and Particle Physics 是帶有計算的本科教材;後者假定讀者學過入門量子力學和狹義相對論。

Krane 的 Introductory Nuclear Physics 講核的性質、衰變和反應,Close 主要是通過物質結構來觸及這些內容。出版社在 Close 這本書的介紹中提到同一叢書裡有一冊配套的核物理分冊。

如何使用本書

頁面後設資料說,除中學科學知識外沒有其他先修要求,也不需要數學。本書適合在讀教科書之前想先了解全貌的讀者、正在考慮是否專攻這個方向的學生,以及想把希格斯粒子的發現放到背景中去理解的人。

實用的安排:

  • 從頭讀到尾。 十章前後相承,全書很短,幾次就能讀完。
  • 利用書後部分。 術語表有助於理解術語,延伸閱讀指出接下來可讀的書。
  • 記下未解之題。 第10章指出了反物質、中微子質量和希格斯場等話題,後續的教科書會深入處理。
  • 繼續前進。 接著讀 Dodd 與 Gripaios 瞭解更長的故事,或者在具備數學基礎之後讀以計算為主的教材。