最近北京大學(xué)出版社出版了黃濤、曹俊合著的《奇妙的粒子世界》(圖1)，此書(shū)力求以科學(xué)性、知識(shí)性和趣味性并舉深入淺出地介紹過(guò)去的120多年間粒子物理學(xué)的創(chuàng)生和發(fā)展。書(shū)中介紹了粒子世界的許多奇妙現(xiàn)象和規(guī)律，同時(shí)也揭示了奇妙之中有疑難，面臨一系列的挑戰(zhàn)。作者追溯到19世紀(jì)初創(chuàng)立原子論，人們將兩千多年前原子構(gòu)成的思想由哲學(xué)的推理變成了科學(xué)的原子學(xué)說(shuō)。20 世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)原子是由原子核和繞它運(yùn)轉(zhuǎn)的電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成，在20世紀(jì)60年代中又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子由更基本的夸克組成?？v觀歷史，粒子物理學(xué)發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段(1897～1937)基本粒子概念形成。1897 年發(fā)現(xiàn)了電子，開(kāi)啟了粒子物理學(xué)新時(shí)代，20 世紀(jì)30 年代逐漸地認(rèn)識(shí)到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小基本成分是電子、質(zhì)子、中子和光子等基本粒子。量子力學(xué)成為原子物理和原子核物理的基本規(guī)律。1937年在宇宙線中發(fā)現(xiàn)μ子開(kāi)始了粒子物理學(xué)發(fā)展的第二階段，即基本粒子大發(fā)現(xiàn)時(shí)期。特別是粒子加速器的發(fā)明使人類(lèi)在用加速器對(duì)粒子加速就可以得到過(guò)去只有在宇宙線里才能有的高能量粒子，1954年以后物理學(xué)家們可以在精心地控制下選擇不同的束流做研究基本粒子的實(shí)驗(yàn)。1964 年以夸克模型為標(biāo)志，粒子物理學(xué)發(fā)展進(jìn)入了第三階段，直到今日，人類(lèi)認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)深入到夸克和輕子新層次，夸克和輕子所遵從的標(biāo)準(zhǔn)模型理論出色地描述了由夸克和輕子演變而產(chǎn)生的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，已經(jīng)受了50年的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)成為粒子物理學(xué)的基本理論。粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理論是探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的結(jié)晶，是20世紀(jì)探索微觀世界規(guī)律的極重要的成就。

圖1

經(jīng)過(guò)這一百多年來(lái)科技的飛速發(fā)展，人類(lèi)深刻地認(rèn)識(shí)到從夸克到宇宙多層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在夸克和輕子層次，色味俱全的夸克被禁閉在強(qiáng)子內(nèi)部，物理圖象完全不同于原子和原子核結(jié)構(gòu)，它們所遵從的動(dòng)力學(xué)規(guī)律也完全不一樣。另一方面，隨著粒子物理學(xué)和宇宙觀測(cè)的發(fā)展，宇宙起源和微觀世界的粒子物理學(xué)有著越來(lái)越密切的關(guān)系。多年來(lái)，人們力求尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理和新規(guī)律。至今唯一超出于標(biāo)準(zhǔn)模型物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是中微子具有微小質(zhì)量和不同代中微子之間的振蕩現(xiàn)象。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型取得了很大的成功，然而它卻無(wú)法解釋宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)，不能解答宇宙中正、反物質(zhì)不對(duì)稱(chēng)疑難。人們相信確定中微子CP破壞的大小對(duì)完全理解宇宙的起源十分重要。

此書(shū)的作者從事粒子物理研究多年，不僅深刻了解粒子物理發(fā)展歷史而且以自身經(jīng)歷的片段穿插在文中形成本書(shū)的獨(dú)特之處。例如書(shū)中特別介紹了我國(guó)科學(xué)家提出的層子模型理論以及近年來(lái)大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)和即將運(yùn)行的江門(mén)中微子實(shí)驗(yàn)等。此書(shū)非常適合對(duì)科學(xué)有興趣的青年讀者增長(zhǎng)知識(shí)，獲益生趣，增進(jìn)探尋物質(zhì)結(jié)構(gòu)和宇宙奧秘的執(zhí)著精神勇于探索，求真創(chuàng)新。