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第一部分向内看3

第一章 对物质认识的开拓3

1.1 大宇宙与小宇宙3

1.2 古代的原子论11

1.3 近代科学的萌芽16

1.4 光是粒子还是波？20

1.5 化学家从困惑到周期律发现25

1.6 跨过以太的波——电磁理论28

第二章 粒子物理的曙光33

2.1 能透视的辐射——X射线的发现33

2.2 打开了新窗户——放射性36

2.3 第一个亚原子粒子——电子的发现38

2.4 是光线患了神经分裂症吗？——普朗克的能量子和光电效应42

2.5 发现原子核——卢瑟福实验45

2.6 玻尔的原子模型——量子跃迁48

2.7 不确定性的奇妙世界——测不准的模糊世界52

2.8 打碎原子的第一个武器——高压倍加器56

2.9 核内隐藏的力——质子、中子与结合能59

第三章 走进夸克世界66

3.1 从太空来的宇宙射线粒子——正电子、π介子、μ子66

3.2 我们世界中的镜像——狄拉克正反世界和正电子的发现71

3.3 难道是“无事空忙”吗？——第一个精灵电子中微子77

3.4 核内核子的强作用胶合力和弱作用力81

3.5 从“儿童旋转木马”——第一个回旋加速器到多个世界高能物理研究中心85

3.6 从奇异粒子家族到粒子王国——K介子及其他96

3.7 第二个精灵——μ中微子的发现100

3.8 在夸克海中探险——物质更深层次的夸克模型103

3.9 猎到了夸克——核子深度非弹性散射实验和τ轻子的发现107

第四章 力的统一和标准模型的确立114

4.1 爱因斯坦的终极梦想——统一场论114

4.2 微观世界的对称性和宇称守恒与不守恒117

4.3 一个大气泡室内的精灵——弱作用中性流被证实123

4.4 粲夸克的发现及其家族128

4.5 粲粒子家族的研究中心——北京正负电子对撞机和北京谱仪132

4.6 夸克被“囚禁”——夸克之间的色力和三喷注138

4.7 电弱作用统一与发现中间玻色子W和Z144

4.8 b夸克与t夸克以及第三个精灵——τ中微子的发现150

4.9 标准模型和基本粒子家族161

第五章 近年来的大型粒子物理实验和理论的进展166

5.1 从CERN的SPS到LEP和LHC166

5.2 看到“看不见的粒子”的艺术——粒子探测器171

5.3 LEP上的大型实验185

5.4 “上帝粒子”——希格斯粒子的发现和LHC上的四个大型国际合作实验189

5.5 标准模型之外的粒子和超弦理论204

5.6 夸克-胶子等离子体和相对论重离子碰撞212

5.7 粒子-反粒子变换与CP破坏219

5.8 三个精灵会变脸吗？——大亚湾中微子实验225

第二部分 向外看233

第六章 认识宇宙233

6.1 从混沌到宇宙233

6.2 从望远镜中看到了什么？236

6.3 银河系与银河系外的家族——宇宙在膨胀吗？242

6.4 没有昨天的今天到微波的“咝咝声”248

6.5 什么是宇宙暴涨？251

6.6 空前的大爆炸254

第七章 从不同方式进一步探索宇宙258

7.1 核物理揭开群星闪烁的天幕和恒星的生死之谜258

7.2 从灰烬到尘埃——老年星熔炉中的新物质和超新星爆发时重核产生263

7.3 恒星灯塔——中子星和脉冲星268

7.4 中微子天文学的黎明——从超新星来的精灵272

7.5 宇宙加速器——宇宙射线源及其传播279

7.6 最后的坍塌——进入黑洞287

7.7 黑洞还是“灰洞”291

7.8 太空中的大眼睛——哈勃太空望远镜和它看到的294

7.9 狂暴的太空——远紫外线和X射线的观测299

7.10 神秘的太空γ射线与γ暴304

7.11 进一步开拓探测宇宙太空窗口310

第八章 无穷宇宙中的图案与精细探索宇宙319

8.1 万物中最大的结构319

8.2 耀眼的余烬——活跃星系核的故事321

8.3 探索难以捕捉的暗物质324

8.4 从“壮汉”“褐矮子”的暗物质迹象到暗物质粒子探索热潮326

8.5 “精密宇宙”时代研究的开端——COBE观测卫星334

8.6 宇宙的种子——时间零点处的涟漪和COBE-WMAP-PLANCK338

8.7 宇宙到底有多老？343

8.8 21世纪探索夸克与宇宙相联系的11个问题347

结语349

参考文献353

附录1英文缩写358

附录2诺贝尔物理学奖年表362

附录3中国暨华裔相关部分科研重大贡献人物简表373

后记377