內容簡介
| 若二十世紀最重要的科學是相對論， ◎ 首本最完整的希格斯粒子傳記 耗資數十億美元、集結上千科學家、尋找長達五十年──希格斯粒子究竟是什麼？ 為了尋找神祕的希格斯粒子，歐洲核子研究組織（CERN）集結了超過六千名科學家，耗資數十億美元，建造了大型強子對撞機，所處的圓形隧道有二十七公里長，堪稱有史以來最昂貴的科學實驗！科學家不計一切代價，到底尋找希格斯粒子有多重要？ 希格斯粒子如何成為質量問題的解謎關鍵？ 希格斯機制在一九六四年被發表，解釋了標準模型理論的質量問題。當理論中的粒子一一被發現，難以捉摸的希格斯粒子便成了標準模型的最後一塊拼圖。這段長達五十年的驗證過程，希格斯粒子終於在二○一二年七月被CERN研究團隊發現，科學界歡欣鼓舞，也顯示粒子物理學即將進入新紀元。 本書作者將時間拉回一百年前，從物質、能量、質量的概念開始說起，清楚描述粒子物理學的理論進程，隨著一個個理論的發明，也讓我們看見希格斯粒子的誕生。作者更帶領我們聆聽物理學家的討論，彷彿親自參與希格斯粒子的發現過程，經歷標準模型被驗證的歷史。 看看物理學家如何輪番上陣，時而獨撐大局，時而連袂出擊，一步步過關斬將，驗證了希格斯場。而看似撲朔迷離的希格斯粒子，又如何被粒子物理學家米勒輕鬆解釋，還說服英國政府掏錢贊助CERN呢？不僅如此，希格斯粒子的研究計畫為何在美國國會胎死腹中，卻在歐洲得到萬眾矚目，其過程也饒富趣味。 本書前言由諾貝爾物理學獎得主暨粒子物理學泰斗溫伯格專文推薦，可謂首本最完整的希格斯粒子傳記，書中清楚解釋眾多理論與實驗內容，細膩描繪不同理論的消長，直指希格斯粒子為標準模型的關鍵拼圖。尋找希格斯粒子的過程精彩可期，也為希格斯粒子發現後的物理發展留下伏筆。 作者簡介 巴格特 Jim Baggott 曾任英國里丁大學化學講師，隨後離開校園追求商務職涯，他先效力於殼牌國際石油公司，之後轉任獨立商業顧問兼培訓師，但仍維持對科學、哲學和歷史的廣泛興趣，並且持續在閒暇時對這些主題提筆寫作。 目前的科普著作以原子、量子為主，對物理發展具有獨到眼光，在希格斯粒子被發現的前兩年，即預測粒子物理學研究會有突破性進展，便早早開始撰寫本書，使得本書能在希格斯粒子被發現後隨即出版，成為首本最完整的希格斯粒子傳記。 曾獲格勒克斯科學作家大獎，著作包括：《原子：第一次物理戰爭，以及一九三九至四九年的原子彈祕史》、《不可估量：現代物理、哲學及量子理論的意義》、《現實初學者手冊》、《量子故事：歷史的四十個瞬間》、《完美對稱：富勒烯的意外發現》，以及《量子理論的意義：寫給化學系及物理系學生的指南》。 譯者簡介 柯明憲 一九八一年生於雲林，清大資工所畢業，正職為軟體工程師。崇拜艾西莫夫和葉李華，譯有《神擇基因》。 |
內容連載
第二章 不是個好理由楊振寧和米爾斯嘗試發展解釋強核力的量子場論，並惹惱了包立狄拉克在一九二七年結合了量子理論和愛因斯坦的狹義相對論，發現電子自旋和反物質。狄拉克的方程式很適切地被視為絕對的奇蹟，但物理學家同樣很快就意識到，這並不是故事的結局。
物理學家開始承認，他們需要一個具有完備相對性的量子電動力學（一般簡稱QED），這套理論本質上會是馬克士威方程式的量子版本，且合乎愛因斯坦的狹義相對論，還需要合併量子版本的電磁場。
有些物理學家相信「場」比「粒子」更基本，一般認為，對量子場適當的描述應該要能產生場的「量子」（quanta），量子是與場本身相對應的粒子，負責在兩個交互作用的粒子間，將媒介力從一個粒子媒介到另一個粒子。光子似乎很明顯是量子電磁場的粒子，隨著帶電粒子的交互作用被產生或消滅。
在一九二九年，德國物理學家海森堡和來自奧地利的包立便發展出了這樣一個版本的量子場理論，但有個大問題，這兩位物理學家發現他們無法精確解出場方程式（field equations）。換句話說，替這個場方程式求得單一且具有自身完備性（self-contained）的數學表達式，而且讓這個數學表達式被運用到所有條件底下，是一件不可能辦到的事。
海森堡和包立必須求助另一種方法來解出場方程式，其基礎稱作「微擾展開式」（perturbation expansion）。在這個方法中，方程式被拆解成無窮級數的和，此無窮級數可展開為：x0 + x1 + x2 + x3 + ……，級數的第一項是能夠被精確求解的「零階」（或「零作用」），再接著加入額外（或「微擾」）的項，代表一階（x1）、二階（x2）、三階（x3）等等的修正。原則上，表達式裡的每一項都對零階的結果提供了愈來愈小的修正，逐漸使計算趨近於實際結果。所以最終結果的準確度，端視計算裡所包含的微擾項之個數而定。
但是他們沒有找到愈來愈小的修正項，反而發現微擾展開式裡的某些項會迅速擴展成無限大。當結果被應用到電子的量子場論，這些無限大的項被認為是由電子的「自有能量」所致，也就是電子和自身的電磁場互動後的結果。
明確的解法仍未可得。
先暫時把這個問題放到一邊。查德威克於一九三二年發現了中子，在中子發現後的幾年內，義大利物理學家費米使用高能量的中子轟擊不同化學元素的原子，希望藉此尋找有趣的新物理。因為對費米的實驗結果感到困惑，德國化學家哈恩和斯特拉斯曼研究了鈾原子在接受過中子轟擊後的產物，但得到的結果更加難解。
哈恩的長期研究夥伴邁特納和她的物理學家外甥弗里施逃離了納粹德國，甥舅兩人在一九三八年的聖誕夜，熱烈地討論哈恩和斯特拉斯曼的研究結果，最終促成了核分裂的發現。
邁特納和弗里施的研究成果於一九三九年一月公諸於世，這是個不祥的發現，僅僅九個月後，第二次世界大戰就開打了。物理學家的身分從「空想的無用學者」搖身一變，成為各國最重要的戰爭資源，此刻他們正致力於將核分裂的發現轉變成世上最致命的戰爭武器。
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