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出版者:

作者:陳錦鐸 編

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頁數:0

译者:

出版時間:2004-09-01

價格:14.50元

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isbn號碼:9787303070558

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探尋科學的邊界：當代物理學前沿研究綜述 內容提要： 本書是一部全麵而深入的當代物理學前沿研究的綜述性著作，旨在為物理學領域的研究人員、高等院校師生以及對自然科學前沿抱有濃厚興趣的讀者，勾勒齣當前物理學研究圖景的全貌。全書圍繞粒子物理學、凝聚態物理學、天體物理學與宇宙學三大核心支柱展開，係統梳理瞭近二十年來理論與實驗領域取得的突破性進展、麵臨的核心挑戰，以及未來可能的研究方嚮。我們力求以嚴謹的學術態度和清晰的敘述邏輯，呈現齣物理學界正在進行的、最具顛覆性的探索。 --- 第一部分：微觀世界的深處——粒子物理學與標準模型之外 粒子物理學，作為探究物質最基本構成的學科，正處於一個關鍵的轉摺點。本部分深入剖析瞭大型強子對撞機（LHC）等世界級實驗設施的最新數據分析成果，重點聚焦於對標準模型（Standard Model, SM）的精確檢驗與突破標準模型的探索。 1.1 希格斯物理學的精細描繪與異象搜尋 繼2012年希格斯玻色子發現之後，本章詳細闡述瞭對該玻色子性質的深入研究。內容包括其自耦閤常數的測量嘗試、與費米子和玻色子的耦閤強度的精確測定，以及對是否存在非標準模型（Non-SM）希格斯玻色子或希格斯扇區新物理的持續搜索。我們探討瞭通過高亮度升級（High-Luminosity Upgrades）對希格斯衰變道進行極限探測的最新方案設計，以及它們對超越標準模型理論的約束能力。 1.2 誇剋與輕子扇區的反常現象 本部分著重討論瞭在$B$介子衰變中觀測到的“輕子普適性”的潛在違背現象（如$R_K$和$R_{D^}$比率的異常）。我們將詳盡分析這些實驗結果的統計顯著性、可能的係統誤差來源，並係統性地評述瞭基於有效場論（EFT）和特定新物理模型（如$Z'$玻色子、新的雙重子或規範玻色子）的解釋框架。此外，對繆子磁矩（$g-2$）實驗結果的持續偏離，作為低能區新物理的有力佐證，其理論解釋框架和未來實驗的驗證策略也被細緻討論。 1.3 中微子物理學的進展與三代中微子的奧秘 中微子，作為宇宙中最難捉摸的粒子之一，其質量和振蕩行為仍是揭示物理學本質的關鍵綫索。本章涵蓋瞭對中微子質量層級（正常序或反常序）的最新限製，對$ heta_{13}$角測量精度的提升，以及對“類中微子”或“惰性中微子”存在的實驗探索。此外，針對長基綫中微子實驗（如T2K、DUNE）在CP破壞測量上的最新進展和技術挑戰進行瞭深入探討。 --- 第二部分：宏觀物質的湧現：凝聚態物理學的革命性進展 凝聚態物理學正從傳統的固體物理轉嚮研究復雜量子多體係統的湧現現象。本部分聚焦於拓撲材料、強關聯電子係統以及量子信息技術交叉的前沿領域。 2.1 拓撲材料的分類與應用潛力 拓撲絕緣體、拓撲半金屬和拓撲超導體的研究已進入深化應用階段。我們詳細闡述瞭手性異常在Weyl和Dirac半金屬中的拓撲保護機製，並探討瞭如何利用磁性拓撲絕緣體實現室溫下的量子反常霍爾效應。章節還深入分析瞭莫爾超晶格（Twisted Bilayer Graphene, TBG）中發現的“魔角”現象，以及由此産生的可調諧的超導態和關聯電子態，強調瞭其在模擬強關聯係統中的巨大價值。 2.2 量子自鏇液體與多鐵性材料 強關聯電子是産生復雜物理現象的溫床。本部分著重介紹瞭量子自鏇液體（Quantum Spin Liquids, QSLs）的研究進展，特彆是對Kitaev模型及其物理實現的探索。我們討論瞭如何通過實驗手段（如中子散射和μ子自鏇鏇轉）來識彆其非阿貝爾準粒子激發（如任意子）。同時，對多鐵性材料（Ferroelectrics/Multiferroics）中電場與磁場之間的強耦閤機製進行瞭梳理，並評估瞭其在信息存儲和傳感技術中的應用前景。 2.3 量子計算與拓撲量子糾錯 從基礎物理到工程應用的橋梁——量子計算，依賴於對新量子比特的發現和控製。本章側重於拓撲量子計算的物理基礎，特彆是基於馬約拉納零能模（Majorana Zero Modes）的實現路徑。我們評估瞭基於超導電路、半導體納米綫異質結的實驗平颱，並討論瞭實現拓撲量子糾錯碼（如錶麵碼）所需剋服的物理噪聲屏障。 --- 第三部分：時空的演化：天體物理學與宇宙學的前沿探索 現代天體物理學與宇宙學已高度依賴於精密觀測，揭示宇宙的起源、演化及最終命運。本部分關注引力波天文學的成果、暗物質/暗能量的最新探測，以及早期宇宙的直接觀測證據。 3.1 引力波天文學：多信使時代的興起 自LIGO/Virgo首次探測到雙黑洞並閤以來，引力波物理進入瞭多信使天文學的新紀元。本章詳述瞭對中等質量黑洞（Intermediate-Mass Black Holes）並閤事件的探測，以及對極端中子星並閤（如GW170817）的電磁對應體觀測。我們探討瞭利用LISA（激光乾涉空間天綫）對超大質量黑洞並閤的未來探測預期，以及如何通過引力波波形分析來檢驗廣義相對論的非綫性修正。 3.2 暗物質的直接與間接搜尋策略 暗物質的存在是宇宙學中最大的未解之謎之一。本部分係統迴顧瞭全球範圍內對WIMP（弱相互作用重粒子）的直接探測實驗（如XENONnT, LZ）的最新靈敏度極限，以及對軸子（Axion）等候選粒子（如ADMX）的間接搜尋進展。同時，也分析瞭來自伽馬射綫望遠鏡（如費米-LAT）對暗物質湮滅或衰變信號的間接證據搜尋結果，並對不同模型的兼容性進行瞭比較。 3.3 早期宇宙的印記：引力波背景與CMB的再審視 對宇宙微波背景（CMB）的偏振（$E$模式與$B$模式）分析，依然是理解暴脹時代的關鍵。本章深入討論瞭CMB $B$模式探測的最新進展及其對原初引力波張量擾動的約束，以及如何利用更高精度的全天圖譜來檢驗不同的暴脹模型。此外，對暗能量性質的最新宇宙學參數約束（結閤星係紅移巡天數據）和其在宇宙膨脹曆史中的作用進行瞭深入評估。 --- 結論與展望： 本書的最後一部分總結瞭當前物理學麵臨的根本性問題，即如何將量子場論與廣義相對論統一起來（量子引力問題），以及如何從實驗層麵驗證如弦論或圈量子引力等理論框架。我們相信，物理學正站在一個由高精度實驗和全新觀測手段驅動的重大突破的門檻上，本書旨在為讀者提供一把理解這場深刻變革的鑰匙。

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