迷人的粒子 9787571028770

一块金箔如何彻底改变我们对原子的认识？ 
热气球在宇宙线的发现中发挥了什么作用？ 
如何操纵不到沙粒一万亿分之一大的粒子？ 
大型强子对撞机预备阶段的实验如何导致万维网的发明？ 

在《迷人的粒子》一书中，加速器物理学家苏西·希伊让我们认识了一些人，他们通过天才、坚持和运气，进行了改变历史进程的实验。从偶然发现X射线，到试图证明爱因斯坦是错的（并无意中证明他是对的），再到分裂原子的竞赛，这些辉煌的实验带来了科学和技术领域的一些重大突破，从根本上改变了我们的生活。它们帮助我们探测火山深处的熔岩流，开发诊断成像和放射治疗等挽救生命的医疗技术，并创造了收音机、电视、微波炉、智能手机——甚至万维网本身——以及无数其他进步。 
希伊向我们揭示了物理学是如何真正完成的——不仅是靠理论家用充满方程的黑板，也是靠实验家用手工吹制的玻璃、热气球和大教堂大小的电子设备完成的。

[澳] 苏西·希伊（Suzie Sheehy），牛津大学物理学博士，物理学家、科学传播者，在牛津大学教授加速器课程，是CERN（欧洲核子研究组织）加速器学校的核心讲师，还在牛津大学和墨尔本大学管理研究小组。目前专注开发用于医学领域的新型粒子加速器。她在科普领域也颇有建树，获得英国科学协会开尔文勋爵奖等多个奖项，是BBC（英国广播公司）、Discovery（探索频道）的专家主持人，与英国皇家学会合作“人类的粒子加速器”系列科普电影，她的TED演讲播放量近200万次。

引言 

第一部分　拆解经典物理学 
第一章 阴极射线管：X射线与电子 
第二章 金箔实验：原子的结构 
第三章 光电效应：光量子 

第二部分 原子以外的物质 
第四章 云室：宇宙线与新粒子簇射 
第五章 第一台粒子加速器：分裂原子 
第六章 回旋加速器：人工产生放射性物质 
第七章 同步辐射：意想不到的光出现了 

第三部分 标准模型与超越 
第八章 粒子物理学变大了：奇特的共振 
第九章 巨型探投测器：寻找难以捕捉的中微子 
第十章 直线加速器：发现夸克 
第十一章 粒子加速器：第三代物质 
第十二章 大型强子对撞机：希格斯玻色子及更远处 
第十三章 未来的实验 

致谢 
注释

一块金箔如何彻底改变我们对原子的认识？ 
热气球在宇宙线的发现中发挥了什么作用？ 
如何操纵不到沙粒一万亿分之一大的粒子？ 
大型强子对撞机预备阶段的实验如何导致万维网的发明？ 

在《迷人的粒子》一书中，加速器物理学家苏西·希伊让我们认识了一些人，他们通过天才、坚持和运气，进行了改变历史进程的实验。从偶然发现X射线，到试图证明爱因斯坦是错的（并无意中证明他是对的），再到分裂原子的竞赛，这些辉煌的实验带来了科学和技术领域的一些重大突破，从根本上改变了我们的生活。它们帮助我们探测火山深处的熔岩流，开发诊断成像和放射治疗等挽救生命的医疗技术，并创造了收音机、电视、微波炉、智能手机——甚至万维网本身——以及无数其他进步。 
希伊向我们揭示了物理学是如何真正完成的——不仅是靠理论家用充满方程的黑板，也是靠实验家用手工吹制的玻璃、热气球和大教堂大小的电子设备完成的。

[澳] 苏西·希伊（Suzie Sheehy），牛津大学物理学博士，物理学家、科学传播者，在牛津大学教授加速器课程，是CERN（欧洲核子研究组织）加速器学校的核心讲师，还在牛津大学和墨尔本大学管理研究小组。目前专注开发用于医学领域的新型粒子加速器。她在科普领域也颇有建树，获得英国科学协会开尔文勋爵奖等多个奖项，是BBC（英国广播公司）、Discovery（探索频道）的专家主持人，与英国皇家学会合作“人类的粒子加速器”系列科普电影，她的TED演讲播放量近200万次。

我们的故事要从1895 年德国维尔茨堡的一间实验室讲起，这里看起来并不太像现代科学家使用的那种整洁的白色空间，而是铺着漂亮的镶木地板，从高高的窗户望出去，可以俯瞰园林和葡萄园。物理学家威廉?伦琴合上百叶窗，着手工作。在一张长长的木桌上，他放了一个小酒瓶大小的玻璃管，用真空泵把里面的绝大部分空气抽了出去。导线从金属电极上垂下来，一根在管子的末端（阴极），另一根大约在管子中间（阳极）。加上高压电时，里面会出现名为“阴极射线”的亮光，“阴极射线管”由此得名。目前为止，一切都在伦琴的预料之中。然而，他的余光注意到，实验室另一端的一块小荧光屏上出现了亮光。 
他走过去仔细审视，磷涂层的屏幕正发出绿色的光。关上阴极射线管，光就消失，再打开，光又出现。也许这只不过是眼睛的错觉，是阴极射线管发出的光反射过来的？他把玻璃管用黑纸板挡住，但荧光屏上的光还在。他可从没遇到过这种情况，但感觉这也许会很重要。 
从那一刻起，物理学由此改变。从那个偶然发现开始，阴极射线管将引领物理学进入崭新的领域，开始颠覆千百年来人们已经接受的关于自然界的观念，最终会带来改变人们生活、工作、交流方式的技术。一切都从那里开始，从那个发光的荧光屏和一个人的好奇心开始。 
和19 世纪末世界上绝大多数科学家一样，威廉?伦琴也认为，物理学的课题已经基本完成。宇宙由“原子”组成的物质构成，他们发现存在着不同类型的原子，对应不同的化学元素。从树木到金属，从水到毛发：物质世界的复杂性，不管是软硬、颜色还是质地，全都是因为它们由不同的原子组成，这些原子看起来就像一个个小球，像乐高的零件。只需拥有正确的操作指南，你就可以用一套原子创造出任何喜欢的东西。 
他们也知道存在几种万物间相互作用的力。万有引力让恒星待在我们的星系里，并且让我们的行星绕太阳转。即便是最为神秘的电力和磁力，最终也被归结为一种力：电磁相互作用。宇宙是可以预测的：如果你掌握它内在运作的全部细节，并且让它运转起来，那么万物的运动都可以被精准预测。 
如今剩下要去探索的仅仅是一些细枝末节——比如阴极射线管的工作原理，这是他们还无法解释的几件小事之一。当然也有理论试图解释它，比如有的观点认为，射线管内部的光线与人们假定的以太波纹有关，人们认为光通过以太这种介质传播，就像声音通过空气传播。在对阴极射线管的研究中，伦琴似乎碰上了更复杂的问题。不仅是射线管内部的有些事情无法解释，他还在射线管外发现了一个奇怪的现象。 
伦琴小时候看起来平平无奇。他是个布料商人的儿子，喜欢在乡村和森林里探索大自然。如果说在有件事上他确实展现出了一些天赋的话，那就是制作机械，这一早期的能力对他日后的实验工作很有帮助。成年后，黑发在他前额竖起，“好像他的热情一直让他通着电”。 
伦琴是个很害羞的人，发表演讲时声音很小，对自己的学生要求十分严格，甚至对实验室要有助手这件事都有点不适应。但他热爱科学，有时会引用伟大的工程师维尔纳?冯?西门子的话：“学术生活能够带给我们的，也许是人类能够企及的最纯粹最高级的愉悦。”

对100年来的科学进步进行了全面、详细又生动的描述，令人欢欣鼓舞。 
——《新科学家》 

《迷人的粒子》让实验物理学界的明星们来到台前，是他们直接观察、提出假设并制造机器，来发射物质和能量束，并用现实检验理论……这本书让人真正感受到科学发现的快感。 
——《泰晤士报》 

从19世纪末X射线的发现开始，到今天科学家们梦想建造的大型对撞机，《迷人的粒子》是一部充满激情的优雅讲述粒子物理学及其应用历史的书。希伊博士巧妙地将一群闪闪发光的人物聚集在一起……讲述所有科学中Zui为根本的故事。 
——阿南约?巴塔查里亚，《来自未来的人》作者 

我从未读过从实验者这个角度讲述物理学基本问题的书。有人首先产生了云室、回旋加速器或核磁共振扫描仪的想法，而他得亲自建造一个，因为无法购买现成的……一个绝妙的想法，并且生动地实现了。我非常喜欢这本书。 
——菲利普?普尔曼，英国奇幻小说家、《黑暗物质》作者 

一趟关于物理学中Zui不可思议的伟大实验的神奇之旅……我们对理解Zui微小粒子的追求，对技术、健康和社会产生了巨大影响，其影响远远超出了实验室。 
——安德鲁?斯蒂尔，英国科学家、作家 

物理学家苏西?希伊的处女作，带来了改变科学进程的伟大实验的历史，以强有力的语言和生动的历史细节，出色地捕捉到了推动科学发展的好奇心、“错误的开始和失败”带来的挫败感，以及寻找必然会引发更多问题的答案的兴奋感。这是Zui好的科普。 
——《出版人周刊》