(1)“十三五”国家重点图书出版规划项目《物理学名家名作译丛》中的一册
(2)英文版由剑桥大学出版社出版
(3)中文版由紫金山天文台、四川大学、墨尔本大学的学者合译
(4)理论与实验结合紧密
(5)基础与前沿兼顾
本书内容涵盖粒子物理基础、宇宙线的物理(加速、相互作用)和天文(起源、传播)问题及其探测方法。针对目前广为采用的大气簇射实验,本书侧重讨论了大气簇射中宇宙线各成分(包括强子、光子、μ子和中微子)的理论模型及数值模拟方法。书中的理论分析简明直观,密切结合实验,具有较强的针对性。读者通过本书可以对宇宙线这个学科有整体和适当深度的了解。本书适合作为物理学专业高年级本科生和研究生的入门教材。对粒子物理标准模型和天文学有基础性的了解有助于对本书的理解。本书亦适合工作在宇宙线领域的专家学者参考。
【作者简介】
托马斯 K. 盖瑟(Thomas K. Gaisser),美国特拉华大学(University of Delaware)物理学马丁 A. 帕姆兰茨讲座教授(Martin A. Pomerantz Professorof Physics)。1967年获得布朗大学物理学博士学位,先后在麻省理工学院、剑桥大学、特拉华大学等从事科研工作。美国物理学会会士,亚历山大·冯·洪堡奖得主。研究领域包括宇宙线物理、大气中微子和中微子天文学。宇宙线领域的国际领导科学家,多次执笔《粒子物理评论》(Review of Particle Physics)的宇宙线相关章节,曾任国际纯粹与应用物理协会宇宙线分会主席以及“冰立方”(Ice Cube)中微子合作组发言人。
【译者简介】
袁强,男,1985年生,2010年获得中国科学院高能物理研究所博士学位,2010—2014年于高能物理研究所工作,2014—2016年于美国麻省大学从事博士后研究,2016年任中国科学院紫金山天文台研究员。主要研究方向为宇宙线物理、暗物质间接探测及相关的高能天体物理,现从事我国暗物质粒子探测卫星工作。
康明铭,男,1984年生,2013年获得中国科学院高能物理研究所博士学位,现任教于四川大学物理科学与技术学院(核科学与工程技术学院),从事早期宇宙、宇宙线物理、高能天体物理领域的研究工作。
余钊焕,男,1988年生,2015年获得中国科学院高能物理研究所理学博士学位,随后于澳大利亚墨尔本大学物理学院从事博士后研究。主要研究暗物质和对撞机唯象学,探讨暗物质和其他新物理模型在TeV对撞机上的相关信号。
冯磊,男,1983年生,2012年于南京大学获得理学博士学位,2012—2014年于紫金山天文台从事博士后研究。目前任中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室副研究员,主要从事宇宙学和暗物质间接探测的研究。
这本书的封面设计给我留下了深刻的印象,那是一种深邃的星空蓝,点缀着若隐若现的星云,中央是一个抽象的粒子碰撞轨迹图,仿佛在诉说着宇宙最深处的奥秘。我拿到这本书时,内心涌起一股强烈的求知欲,毕竟“宇宙线”和“粒子物理”这两个词汇本身就充满了探索和未知。我一直对宏观的宇宙尺度和微观的粒子世界都抱有浓厚的兴趣,总觉得这两者之间一定存在着某种深刻的联系,而这本书的名字似乎正是连接这两者的桥梁。翻开书页,我期待着能够深入了解那些看不见摸不着却又构成了我们世界最基本组成单元的粒子,以及它们在宇宙这块巨大画布上留下的痕迹。我希望这本书能够以一种引人入胜的方式,将那些枯燥的物理概念和复杂的数学公式转化为易于理解的语言,让我能够遨游于粒子物理的奇妙世界,同时也能够感受到宇宙线的无尽魅力。我希望它能带领我穿梭于质子、中子、电子这些熟悉的粒子之外,去探索夸克、轻子、玻色子等更深层次的构成,理解它们的性质、相互作用以及在宇宙演化中所扮演的角色。同时,我也渴望了解宇宙线是如何产生的,它们带着怎样的信息从遥远的星系穿越而来,又为我们揭示了怎样的宇宙秘密。这本书,就像一张邀请函,邀请我一同踏上这场跨越时空、探索物质最基本构成与宇宙最宏伟图景的精彩旅程。
评分这本书的写作风格非常独特,它没有像某些科普读物那样,为了吸引眼球而使用过于夸张的语言,而是以一种沉稳而富有逻辑的笔触,娓娓道来。但正是这种沉稳,反而让那些深奥的物理概念显得更加令人信服。我特别欣赏书中对一些关键概念的解释,它不仅仅给出了定义,更重要的是阐述了这些概念是如何被发现的,以及它们在整个物理学体系中扮演的角色。例如,当它介绍中微子时,它没有简单地告诉我们中微子是一种什么样的粒子,而是详细讲述了科学家们如何通过探测核反应产生的能量不守恒现象,推测出中微子存在的,以及后来如何一步步设计实验去证实它的存在。这种“科学史”的叙事方式,让我不仅仅是学习知识,更是在体验科学探索的过程。同时,书中关于宇宙线研究的章节,也同样引人入胜。它描绘了科学家们如何利用各种探测器,从地面到太空,去捕捉那些来自宇宙深处的信号,如何从中解读出关于暗物质、暗能量等宇宙未解之谜的线索。读到这些内容时,我仿佛看到了人类智慧的结晶,看到了人类不断挑战未知、探索真理的伟大精神。
评分这本书的结构安排堪称匠心独运。它并没有按照传统的物理学教科书那样,将理论知识一股脑地堆砌,而是巧妙地将抽象的粒子物理概念与宏观的宇宙线现象穿插叙述,形成了一种独特的叙事逻辑。开篇就以宇宙线的观测为引子,抛出了一系列关于宇宙起源、演化以及基本构成的问题,然后逐步深入到粒子物理的殿堂,介绍那些构成宇宙万物的基本粒子及其相互作用。这种“由表及里”的讲解方式,对于我这样渴望建立整体认知框架的读者来说,非常有帮助。我能够清晰地看到,为什么我们需要去研究那些微小的粒子,以及它们的研究成果如何能够帮助我们理解更为宏大的宇宙图景。书中对于粒子探测器的介绍也让我印象深刻,那些精密复杂的仪器,仿佛是人类延伸的感官,帮助我们窥探微观世界的奥秘。我读到关于大型强子对撞机(LHC)的描述时,脑海中不禁浮现出那个庞大而神秘的地下环形隧道,想象着在那里,无数的粒子以接近光速的速度碰撞,产生出我们前所未见的新粒子。同时,书中对宇宙线成分和能量谱的分析,也让我对那些来自遥远宇宙深处的“信使”充满了敬畏,它们承载着宇宙最原始的信息,为我们揭示了恒星的生死、黑洞的奥秘,甚至可能预示着宇宙的未来。
评分这本书给我的感觉,就像是一位经验丰富的导游,带领我走入了一个充满奇迹的科学世界。它并没有像某些科普书那样,只提供“到此一游”式的浅显介绍,而是深入到每一个细节,让我能够真正理解“为什么”。我尤其喜欢书中对“量子纠缠”和“概率”等概念的解释。它用一种非常直观的方式,让我理解了微观粒子世界的奇异规则,也让我对经典物理学的局限性有了更深的认识。虽然这些概念听起来非常抽象,但通过书中生动的例子和深入的分析,我能够逐渐把握它们的精髓。同时,书中对宇宙线起源地的推测,以及它们如何揭示了宇宙中极端天体的活动,也让我感受到了科学研究的魅力。我仿佛看到了那些科学家们,是如何通过分析宇宙线的能量、方向等信息,去定位那些遥远的、我们无法直接观测到的宇宙现象。这种“间接证据”的运用,让我对科学的严谨性和智慧充满了敬佩。这本书让我明白,即使是看不见摸不着的东西,只要我们运用科学的方法,也能够揭示它们的奥秘。
评分拿到这本书,我首先就被它那沉甸甸的分量所吸引,这让我预感到里面蕴含着丰富而深入的内容。翻开书页,我被其精美的排版和清晰的插图所吸引,这为我阅读那些复杂的科学概念打下了良好的基础。这本书并没有回避科学研究中的不确定性和争议,反而将其作为科学发展的重要组成部分来呈现,让我看到了科学研究的严谨性和批判性。例如,在介绍某些粒子的性质时,书中会提及不同的实验结果和理论解释,并分析它们之间的差异,这让我能够更全面地理解科学研究的动态性和发展性。我特别喜欢书中对于“标准模型之外”的探讨,它不仅仅局限于已知的理论,更是对未来可能存在的粒子和相互作用进行了展望,这让我看到了粒子物理学研究的无限可能性。同时,书中对宇宙线在大气层中的次级粒子产生过程的详细描述,也让我对这些“来自天外”的粒子有了更具体的认识。我能够想象到,当一颗高能宇宙线粒子撞击大气层时,会产生一系列连锁反应,生成我们能够在地面上探测到的各种粒子。这种对过程的细致描绘,让我觉得这本书不仅是知识的传递,更是一种科学思维的培养。
评分这本书给我的感觉,就像是在一个漆黑的夜晚,突然被一位经验丰富的向导带入了一个璀璨的星空之中。我原本对宇宙线和粒子物理的理解,就像是站在地面仰望那片遥不可及的星空,只能看到零星的光点。但这本书,却像是一艘搭载着先进探测器的飞船,带领我深入到宇宙的每一个角落,近距离观察那些令人惊叹的现象。它没有回避那些复杂的科学原理,但却用一种我能够理解的逻辑和语言去阐释。比如,当它介绍希格斯玻色子时,没有直接搬出教科书上的数学公式,而是通过一个关于“名声”的比喻,让我瞬间明白了“质量的由来”。这种巧妙的类比,是我在其他许多科普读物中从未体会到的。此外,书中对宇宙线的研究历程的描述也让我印象深刻。从最初的偶然发现,到后来科学家们如何一步步设计实验、分析数据,最终揭示出宇宙线的秘密,整个过程充满了智慧与毅力,读起来如同侦探小说般引人入胜。我仿佛看到了那些伟大的科学家们,在实验室里不眠不休的身影,也感受到了科学探索的艰辛与乐趣。更让我惊喜的是,这本书还探讨了宇宙线在地球生命起源、空间探测安全等方面的影响,将看似遥远的科学知识与我们的日常生活紧密联系起来,让我觉得科学离我们并不遥远。
评分初读这本书,我便被它在科普深度上的不落俗套所吸引。市面上关于粒子物理的书籍不乏其数,但真正能够兼顾严谨性与趣味性,并将其与浩瀚的宇宙图景巧妙融合的,却少之又少。这本书恰恰做到了这一点。它并没有直接抛出晦涩难懂的理论,而是从一些大家耳熟能详的现象入手,比如为什么天空是蓝色的,或者我们为什么不会因为太阳的照射而融化,然后层层递进,引出光的本质、电磁力的作用,再自然而然地过渡到原子结构、原子核的组成,以及最终的构成物质的基本粒子。这种循序渐进的讲解方式,对于像我这样非专业背景的读者来说,无疑是一股清流。我尤其喜欢它在描述粒子相互作用时所采用的比喻,例如将夸克之间的强相互作用比作粘在一起的面团,将电磁相互作用比作弹簧的拉扯,这些生动形象的比喻,极大地降低了理解门槛,让我能够更直观地把握那些抽象的物理概念。同时,书中对于宇宙线的介绍也让我大开眼界。我之前对宇宙线的认知仅限于“来自太空的辐射”,而这本书则详细阐述了宇宙线的来源、种类、能量分布,以及它们对地球大气层产生的影响,甚至还探讨了它们在宇宙学研究中的重要作用。这种将微观粒子物理与宏观宇宙现象相结合的视角,让我对我们所处的世界有了全新的认识,也激发了我对未来科学探索的无限遐想。
评分这是一本让我感到“醍醐灌顶”的书。在阅读之前,我对宇宙线和粒子物理的理解,就像是拼图的碎片,零散而不成体系。而这本书,就像一位高明的拼图大师,将这些碎片一一拾起,并用一种清晰而逻辑的线条,将它们连接成一幅完整的图景。我尤其惊叹于书中对“对称性”在粒子物理中的作用的阐释。它不仅仅是将对称性作为一个数学概念来介绍,更是将其与基本力的产生、粒子的性质紧密联系起来,让我深刻理解了为什么宇宙的规律如此优雅和简洁。同时,书中对宇宙线作为“宇宙的探针”的描述,也让我耳目一新。我之前只知道宇宙线是高能粒子,却不知道它们能够穿越星际空间,为我们提供关于遥远天体活动的宝贵信息。它就像是宇宙送给我们的“明信片”,上面记录着来自宇宙深处的故事。书中的一些观点,比如关于宇宙线的能量极限,以及其可能与黑洞、中子星等极端天体有关的推测,都让我对未来的科学研究充满了期待。我希望这本书能够激发更多人对这些前沿科学领域的兴趣,共同探索宇宙的终极奥秘。
评分这本书给我最直观的感受,就是它将“宏大”与“微观”这两个看似截然不同的概念,完美地融合在了一起。我一直认为,理解宇宙的奥秘,就必须同时掌握宏观的宇宙学知识和微观的粒子物理理论,而这本书恰恰满足了我的这一需求。它没有止步于介绍单个粒子的性质,而是将这些粒子置于宇宙这个巨大的舞台上,去观察它们如何相互作用,如何形成恒星、星系,以及如何构成了我们所知的宇宙。我尤其喜欢书中对宇宙线能量来源的探讨,它将那些从遥远星系穿越而来的高能粒子,与我们所知的超新星爆发、活动星系核等宇宙现象联系起来,让我能够更深刻地理解能量在宇宙中的转化与传播。同时,书中对粒子物理标准模型的介绍也相当到位,它并没有仅仅罗列出那些粒子和力的名称,而是试图解释为什么需要这样一个模型,以及它在解释宇宙现象中的局限性。我能够感受到作者在力求将复杂理论变得易于理解的良苦用心。读完这本书,我感觉自己仿佛获得了一双能够同时洞察宇宙最宏伟画卷和最微小粒子构成的眼睛,对我们所处的世界有了前所未有的洞察力。
评分我一直对宇宙的宏大与微观粒子世界的精妙之处感到着迷,而这本书恰恰满足了我对这两者之间联系的好奇。它以一种非常人性化的方式,将那些艰深的理论概念融入到引人入胜的叙事之中。我尤其喜欢书中关于“反物质”的介绍,它不仅仅解释了反物质是什么,更重要的是探讨了为什么宇宙中物质远多于反物质这一至今未解的谜题,以及科学家们正在通过粒子对撞实验来寻找答案。这种对科学前沿问题的探讨,让我感受到了科学研究的活力和不确定性。同时,书中对宇宙线在地磁场中的轨迹以及它们如何被地球磁场偏转的描述,也让我对地球的保护层有了更深的认识,也明白了为什么在太空中的辐射会比地面上更强。这种将粒子物理与地球科学相结合的视角,让我对我们所生存的环境有了更全面的理解。总而言之,这本书就像是一扇窗户,让我得以窥见宇宙最深处的秘密,也让我对科学探索的未来充满了无限的憧憬。
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