強力與弱力：破解宇宙深層的隱匿魔法

前言 11
1.2012之夏——基本粒子物理學中歷史性的瞬間 11
2.「人類，真了不起！」 13
3.作用於自然界的四種力 17
4.射線和地震都涉及「弱力」 19
5.太陽可以緩慢燃燒也是沾了「弱力」的光 24
6.如果減少希格斯玻色子的數量，就能減肥嗎？ 26
7.三兄弟為何性格迥異 28
8.未帶地圖的旅人創造出的理論 29
9.用一線研究者也在使用的「比喻」進行講解 31
10.圍繞真凶描繪人物關系圖 33
第一章質量從何而來 1
1.牛頓的代表作始於「質量」的定義 4
2.物質的質量是原子質量的總和 7
3.由於發現了太多的粒子，希臘字母已經不夠用了！ 9
4.質子和中子的質量並非誇克質量之和 10
5.物質質量的99%來自「強力」的能量 13
6.希格斯玻色子並非「萬物的質量之源」 15
第二章「力」是一種改變的作用 19
1.既改變運動的狀態，又改變粒子的種類 22
2.磁鐵周圍的鐵砂、氣象圖……「場」是什麼 24
3.「光既是波也是粒子」是怎麼回事？ 27
4.構成物質的「費米子」與傳遞力的「玻色子」 32
5.希格斯玻色子的發現是存在「第五種力」的證據 36
第三章距離越遠力越強——強力的奇妙性質 39
1.1932年轟動物理學界的兩大事件 42
2.青年科學家的決心：「四面楚歌，奮起直追！」 44
3.湯川秀樹預言了傳遞核力的新粒子 47
4.日本也建成了高能加速器 49
5.理論物理學家無用武之地的「新粒子大豐收」時代 52
6.誇克是一種具有「反常性質」的基本粒子 54
7.湯川秀樹的π介子也是由兩個誇克構成的 58
8.「囚禁」在粒子內部的誇克是如何被確認存在的 61
9.距離越遠強度越大的奇妙之力 64
10.當時的基本粒子理論完全不是強力的對手 65
11.黑暗時代的突破——楊—米爾斯理論 67
12.沒有質量的粒子？泡利先生的嚴厲質問 70
13.紅藍綠，強力可以改變誇克的顏色？！ 73
14.天才霍夫特發現的「負號」的意義 76
15.后來全員都獲得了諾貝爾獎 79
16.自身也被囚禁的膠子 82
第四章上帝是個左撇子——弱力的乖僻性質 85
1.強力與弱力的關系恰似「美女與野獸」 88
2.在原子核中能量守恆定律不成立？ 89
3.期盼已久的中微子終於到來 90
4.每個年級各分三個班的六年制誇克小學 97
4.弱力可以更換誇克的「年級」 98
5.弱力也可以交換初中生和高中生 100
6.為什麼標准模型是六三三學制？ 101
7.因沒有對稱性而無法使用楊—米爾斯理論 103
8.「傳遞弱力的粒子具有質量」之謎 105
9.物理定律中本應沒有「左右之別」…… 106
10.震驚！竟然存在具有「左右之別」的物理定律 108
11.通過花樣滑冰來了解基本粒子的自旋 113
12.電子的兩種旋轉狀態——順時針和逆時針 114
13.弱力只作用於具有順時針自旋的粒子！ 118
14.即使電子和誇克沒有質量也沒關系？！ 121
15.關於弱力的3個謎題 124
第五章單純的定律與復雜的現實——魔法師南部陽一郎的「對稱性自發破缺」 127
1.自然界的任何角落都存在對稱性自發破缺 129
2.在超導物質的內部光會變重 132
3.俘虜青年南部陽一郎之心的BCS理論 135
4.在超導狀態中，電子的數量是不定的 139
5.容易隨波逐流的人們聚集到體育館會怎麼樣？ 142
6.如果光變重，那麼它除了橫波之外，還必須具有縱波 148
7.若對稱性發生破缺，就必然會出現沒有質量的粒子 153
8.「南部—戈德斯通玻色子」變身為光的縱波 156
9.應用於基本粒子理論的巨大飛躍 158
10.真空並非「什麼都沒有的空虛空間」 160
11.偉大理論物理學家的3種類型：賢者、雜技師、魔法師 163
第六章解開了希格斯玻色子的魔法！ 167
1.如何組合超導理論與狹義相對論 170
2.只要為對稱性破缺附加新的「場」就可以了 172
3.希格斯場應該用於弱力和電磁力！ 173
4.連希格斯本人都沒有想到的大膽轉變 175
5.溫伯格的靈感乍現也解決了剩余的兩個謎題 178
6.宇宙誕生之后的1／1036秒所發生的事情 180
7.希格斯為什麼討厭「糖稀」 182
8.其實希格斯場對質量的起源沒有做出任何解釋 184
9.希格斯玻色子是如何誕生的 188
10.希格斯玻色子並非「上帝粒子」 193
11.那麼，獲得諾貝爾獎的將會是誰呢？ 196
第七章完成標准模型的CERN之力 203
1.讓青蛙變王子的「霍夫特之吻」 206
2.CERN通過發現Z玻色子，在與美國的比賽中扳回一局 207
3.費米子是由美國發現的，玻色子是由歐洲發現的？ 210
4.為什麼需要如此巨大的加速器？ 215
5.使質子加速到光速的99.999999% 217
6.實驗獲得首次成功9日后出現的慘烈事故 219
7.「174萬次中偶然出現1次」的現象叫作「發現」 222
8.新粒子真的是希格斯玻色子嗎？ 228
9.人類智慧的傑作——標准模型理論 229
終章僅占5% 233
1.標准模型的結構類似於多次擴建改造的溫泉旅館 235
2.相對論仿佛美國金門大橋，而標准模型則像日本新宿車站 237
3.宇宙的暗能量與暗物質之謎 241
4.超對稱性模型中存在五種希格斯玻色子 242
5.一直被人抱怨「毫無用處」的科學家們 245
6.技術革新的目的並非戰爭而是和平 248
7.科學所帶來的驚喜與文學、音樂、美術帶來的是等價的 251
后記 255