圖解粒子物理：從牛頓力學到上帝粒子，一窺物質的究極樣貌

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圖解粒子物理：從牛頓力學到上帝粒子，一窺物質的究極樣貌

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內容描述

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「物質皆由原子組成。」——理察．費曼
粒子的生成、消滅，就是理解基本粒子物理學的出發點

　　自古以來，人類一直在追求所有物質的終極樣貌，
　　包含自身的肉體、眼前的東西，甚至是夜空中遙遠的星體。
　　「物質由原子構成」這個想法在古希臘時期便已存在，
　　但當時對原子的概念僅止於「無法再分解下去的粒子」而已。
　　後來在輾轉曲折的發展下，20世紀時終於了解到原子的正確樣貌。

　　本書即為在極力避免提到數學式的情況下，
　　盡可能描述物理學前因後果的入門書。
　　我們將從牛頓力學開始，一直談到20世紀的基本粒子物理學，
　　說明這一系列物理學的發展過程。

　　◎從核子到夸克

　　基本粒子指的是構成物質，且無法再被分解的粒子。
　　1930年代時，人們便已知道原子核由質子與中子構成。
　　那麼，質子與中子是「基本粒子」嗎？
　　事實上，在發現中子後的近30年內，人們確實認為中子是基本粒子。
　　但如果中子是基本粒子，便不能解釋後來發現的幾個現象。
　　後來有人提出核子是複合粒子，由3個更基本的粒子（夸克）組成。
　　經過輾轉曲折的過程後，這個假說終於獲得了多數人的認同。

　　無論如何，核子不是基本粒子，夸克才是基本粒子，
　　這就是目前的基本粒子標準模型。
　　另一方面，就目前而言，電子仍被認為是基本粒子，
　　至少是和夸克同一個等級的粒子。
　　當然，隨著學問的發展，未來不管是夸克還是電子，都有可能不再是基本粒子。

目錄大綱

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第1章 從原子到基本粒子
「物質皆由原子組成」
原子核與電子
質子與中子
從核子到夸克
其他基本粒子
粒子專欄 第1章中登場的粒子名稱

第2章 近代科學的確立Ⅰ——牛頓與萬有引力
近代科學的成就（整理）
地動說帶來的觀念轉換
牛頓力學

第3章 近代科學的確立Ⅱ——元素與原子／熱是什麼？
元素
原子論與反原子論
電子與原子核的發現
熱與能量
粒子專欄 熱力學第二定律（熵不減少定律）

第4章 光的歷史Ⅰ——光是波
光是粒子還是波？
光的干涉
波長與顏色
光是什麼東西的波？
粒子專欄 光的三原色、色的三原色

第5章 光的歷史Ⅱ——光是粒子
空腔輻射之謎
愛因斯坦的答案
普朗克與普朗克常數h
粒子專欄 愛因斯坦的三大奇蹟成就
光電效應
其他能證實光量子假說的現象
光子是波？
粒子專欄 如何解釋新的粒子樣貌（量子力學）

第6章 新的物理學——量子力學
新的粒子樣貌的兩個特徵
原子結構的兩個疑問
波耳的量子條件
德布羅意的物質波假說
夾在牆壁間的情況
薛丁格方程式
粒子專欄 使用電子的現代版楊格實驗
包立不相容原理與自旋
粒子專欄 電子殼層（electron shell）

第7章 粒子的生成與消滅／靜止能量
光子的生成、消滅
反粒子
靜止能量
光子的質量是多少？
能量守恆定律與動量守恆定律
虛擬狀態與實際狀態

第8章 基本粒子物理學的誕生——湯川的介子論
力的新觀點
原子核內的力
核力
湯川的介子論
π介子的發現
粒子專欄 湯川理論與日本
強子

第9章 弱交互作用
關於原子核的另一個疑問
β衰變與微中子
弱交互作用的頂點
微中子的發現與W玻色子的問題
為什麼一般的原子核不會發生β衰變
太陽光的由來
粒子專欄 人本原理

第10章 從核子到夸克
什麼是基本粒子？
暗示核子與介子是複合粒子的各個事實
夸克模型
夸克模型的問題
粒子專欄 「夸克」是鳥叫聲？
粒子專欄 nuclear democracy（核民主主義）

第11章 量子色動力學
夸克模型的另一個問題
加了「色」的夸克模型
反夸克與介子的色
規範場論
漸近自由性
關於量子色動力學
證明色的存在（有三種色）的實驗性「證據」

第12章 新粒子的發現
故事還沒完！
μ與νμ
奇夸克（s）
魅夸克（c）
τ與ντ
底夸克（b）
頂夸克（t）

第13章 電弱統一理論
電弱統一理論（溫伯格-薩拉姆理論）的誕生
希格斯場與希格斯粒子
溫伯格-薩拉姆理論
Z玻色子產生的現象
W玻色子、Z玻色子的發現
希格斯粒子的發現
粒子專欄 世界各大加速器

第14章 世代間混合／微中子振盪
電弱統一理論的「附註」
世代混合
小林、益川的論述
驗證CP對稱性的破缺
輕子的情況
微中子振盪的檢出

第15章 未來展望
大統一與質子衰變
階層問題與超對稱性
暗物質與真空能量
重力與超弦理論

補章1 兩個相對論
特殊相對論
一般相對論

補章2 宇宙的物質史——膨脹宇宙與元素合成
宇宙膨脹說
從暴脹到大爆炸
從基本粒子到原子
天體的形成
各種天體的一生與元素合成

年表
標準理論的粒子與交互作用
粒子表
索引

作者介紹

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和田純夫

　　成蹊大學兼任講師，前東京大學大學院總合文化研究科專任講師。理學博士。1949年出生於千葉縣。東京大學理學部物理學科畢業。專長為理論物理學。研究主題為基本粒子物理學、宇宙論、量子論（多世界詮釋）、科學論等。

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