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版权信息
书名:第一推动丛书·物理系列:存在之轻(新版)
作者:[美]弗兰克·维尔切克
译者:王文浩
出版社:湖南科学技术出版社
出版时间:2018-01
ISBN:9787535795106
本书由湖南科学技术出版社授权上海阅文信息技术有限公司进行制作与发行
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图版1 大型电子对撞机(LEP)上拍下的照片。这台装置位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心,运行于20世纪90年代。碰撞引起的粒子喷注与理论预言的夸克、反夸克和胶子流模式相符。这些喷注表明了过程中这些实体的意义,它们不是通常意义上观察到的粒子。
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图版2 两喷注过程,我们将它解释为一个夸克和一个反夸克的体现。
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图版3 通过二十面体来说明科学、艺术和现实中的对称性。(a)二十面体有20条相等的边,它们全都构成等边三角形。二十面体具有59种不同的对称性操作,也就是说,二十面体在59种不同的旋转下仍与本身全同(只是某些边的位置相交换)。与之相比,一个等边三角形只有2种不同的对称性操作。打个比喻说,量子色动力学的对称性与量子电动力学的对称性相比,就好比二十面体的对称性与等边三角形的对称性相比。(b)巨量的对称性允许我们将复杂的结构还原为简单的组件,图中所示的是一种普通感冒病毒的DNA(或RNA)。注意它在结构上与(a)的相似性!
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图版4 量子网格的深层结构。这是量子色动力学胶子场的一个典型活动模式。这些模式是我们对强子质量进行成功计算的核心结果,正如第八章中讨论的,因此我们可以相信,他们是对实在的反映。
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图版5 重离子碰撞的最终结果——大爆炸的一个微型版本。
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图版6 网格的扰动。夸克和反夸克已在左侧注入。由于扰动能量局限于一小空间区域,动态平衡很快建立起来。网格涨落被平均掉了,只留下超出能量的净分配。通过取一截面图,我们发现粒子内的能量分布出现重构情形:对于如图所示的情形,即产生了∏介子。总能量根据爱因斯坦第二定律提供了∏介子的质量。
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图版7 塞壬迷人的歌声引得我们抛弃舒适确定的航道而驶往险峻的峭岸。她答应展示美和光明。她是教育我们,还是在勾引我们?
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图版8 从空中俯瞰大型强子对撞机。汝拉山和日内瓦湖构成一道神秘的背景。这里采用了一些图像处理技术,实际上整个机器都在地下。
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图版9 大型强子对撞机上处于建造初期阶段的ATLAS探测器。建成之后,随着这个庞大的,由密密麻麻的磁体、传感器和超快电子学器件组成的探测器的运行,我们将能得到在10-27秒时间内拍下的空间分辨能力为10-17厘米的径迹照片!
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图版10 看得见的黑暗。暗物质不发光,它的“面目”只有通过其引力对普通物质运动的影响展现出来。通过图像处理,我们可以看见引力影响下的世界。ROSAT卫星照片显示了在伪紫色背景下凸显的被约束住的热气体。它提供了存在远大于星系内部作用的引力的明确证据。这种额外的引力是由暗物质引起的。许多力图改进物理方程的设想都预言了新的物质形式,其性质使其成为良好的暗物质候选。也许用不了多久,我们就能知道这些设想是否符合实际。
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图版11 本书作者与著名博客作家Betsy Devine在大型强子对撞机的另一个主要探测器CMS内留影。CMS全称为“密绕(!)u子螺线管”。