Neutron Scattering in Novel Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Furrer, Albert

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2000-1

价格:479.00元

装帧:

isbn号码:9789810244446

丛书系列:

图书标签:

• 中子散射
• 新材料
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 散射技术
• 晶体结构
• 磁性材料
• 超导材料
• 纳米材料
• 材料表征

探索物质的微观世界：从中微子散射的奇妙旅程 本书并非聚焦于“新材料的中子散射”这一特定领域，而是以更为广阔的视角，深入探究“中微子散射”作为一种强大的物理学研究工具，如何以前所未有的方式揭示物质内部的奥秘。我们将一同踏上一段引人入胜的旅程，从基础理论的构建，到实验技术的革新，再到跨学科的应用，全面展现中微子散射在理解原子、分子乃至更宏观结构层面的独特魅力与巨大潜力。 第一章：中微子散射的理论基石——量子力学与相互作用的精妙描绘 在深入理解中微子散射的应用之前，建立坚实的理论基础至关重要。本章将从量子力学的基本原理出发，详细阐述中微子与物质相互作用的内在机制。我们将审视量子场论框架下，描述中微子与原子核、电子等基本粒子之间相互作用的拉格朗日量，重点解析弱相互作用在其中扮演的关键角色。 量子力学基础 revisited: 简要回顾波粒二象性、量子叠加态、量子纠缠等核心概念，强调它们如何为理解微观粒子的行为提供框架。 核结构与中微子： 探讨原子核的组成，包括质子和中子的性质，以及它们之间存在的强核力。我们将深入分析中微子在衰变过程中如何产生，以及它们为何能够穿透物质，不受电磁力影响。 弱相互作用的本质： 详细讲解宇称不守恒、费米理论、以及更现代的电弱统一理论，阐明中微子是如何通过W和Z玻色子与夸克和轻子进行交换而产生相互作用的。我们将推导和解释散射截面（scattering cross-section）的概念，以及它如何反映出相互作用的强度和几率。 费曼图的语言： 引入费曼图作为可视化和计算相互作用过程的强大工具，解释如何通过绘制和解析费曼图来理解不同类型的散射过程，例如弹性散射、非弹性散射以及各种次级粒子产生过程。 相对论性效应： 考虑到中微子传播速度接近光速，我们将探讨相对论性效应如何影响散射过程的描述，包括动量守恒、能量守恒以及洛伦兹变换在计算中的应用。 量子统计与平均： 解释在实际实验中，我们测量的是大量中微子与物质相互作用的平均结果，因此需要引入量子统计的概念，以及如何通过平均化来获得宏观可测量的物理量。 近似方法的探索： 在复杂体系中，精确计算可能变得极其困难。本章还将介绍一些常用的近似方法，如微扰理论（perturbation theory），以及在特定条件下适用的近似模型，为后续章节的应用打下基础。 第二章：驾驭微不可见的信使——中微子探测技术的前沿进展 中微子因其难以探测的特性，使得发展高效、灵敏的中微子探测器成为科学研究的关键瓶颈。本章将聚焦于当前和未来中微子探测技术的发展，从原理到实践，勾勒出捕捉这些神秘粒子的各种创新方法。 探测原理的分类： 按照探测介质和相互作用机制，我们将对现有探测器进行分类，例如： 液闪探测器（Liquid Scintillator Detectors）： 介绍利用中微子与有机液体分子相互作用产生光信号的原理，重点分析其对低能中微子的敏感性，以及在核反应堆中微子研究中的应用。 水切伦科夫探测器（Water Cherenkov Detectors）： 阐述水中带电粒子超过光速时产生的切伦科夫辐射，以及如何通过探测这些蓝光来重构中微子的能量和方向，例如在大型地下天文台中的应用。 同位素探测器（Isotope Detectors）： 探讨利用特定同位素（如镓、钼）俘获中微子后发生核反应的原理，例如用于探测太阳中微子或超新星中微子。 气体探测器（Gas Detectors）： 介绍利用中微子与气体原子相互作用产生的电离效应进行探测的技术，及其在特定能量范围和应用场景下的优势。 探测器的关键指标： 详细讨论影响探测器性能的关键参数，包括： 探测效率（Detection Efficiency）： 探测器捕获中微子的能力，与探测器体积、材料以及中微子能量相关。 能量分辨率（Energy Resolution）： 探测器测量中微子能量的精度。 方向分辨率（Angular Resolution）： 探测器确定中微子入射方向的能力。 背景噪声抑制（Background Noise Rejection）： 如何有效区分真实的中微子信号与来自宇宙射线、放射性物质等背景噪声。 前沿技术与创新： 展望未来中微子探测技术的发展方向： 新型探测材料的开发： 探索具有更高发光效率、更低本底的闪烁体材料，以及新型高纯度半导体材料。 机器学习在数据分析中的应用： 如何利用人工智能技术来识别复杂的信号模式，提高背景抑制能力，加速数据处理。 超导纳米线单光子探测器（Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors, SNSPDs）： 介绍其极高的探测效率和时间分辨率，以及在未来低能中微子探测中的潜力。 小型化、模块化探测器的设计： 适应不同应用场景和移动探测的需求。 深海、太空等极端环境下的探测器设计： 克服环境带来的挑战。 大型实验的挑战与机遇： 探讨建造和运行大型中微子实验（如T2K、DUNE、Hyper-K等）所面临的工程、技术和管理难题，以及这些实验在解决基本物理问题中的重要作用。 第三章：从宇宙起源到原子核的秘密——中微子散射的广泛应用领域 本章将跳出“新材料”的限制，以中微子散射作为一种 universal probe，展示其在解决从宇宙学、天体物理学到粒子物理学、核物理学等众多基础科学领域重大问题的强大能力。 宇宙学的见证者： 早期宇宙的演化： 探讨早期宇宙中中微子对宇宙微波背景辐射（CMB）的影响，以及它们如何作为宇宙膨胀的“第三种流体”影响宇宙的大尺度结构形成。 暗物质与暗能量的探寻： 尽管中微子本身不是暗物质，但它们的质量和性质可能与暗物质、暗能量的理论模型紧密相关。研究中微子振荡、质量谱等性质，可以间接约束这些未知成分的性质。 宇宙中元素的合成： 解释中微子在超新星爆发和中子星并合过程中扮演的关键角色，它们参与了核合成过程，驱动了比铁更重的元素的产生，塑造了宇宙的化学组成。 天体物理的眼睛： 超新星爆发的内部动力学： 绝大多数超新星爆发释放的能量以中微子的形式逃逸。通过探测超新星中微子，可以揭示恒星核心塌缩、冲击波传播等内部过程，理解恒星演化的终极命运。 活动星系核（AGN）与喷流： 探讨高能中微子是否来源于活动星系核的吸积盘或喷流，以及它们如何携带来自宇宙最极端环境的信息。 伽马射线暴（GRBs）与中微子： 研究伽马射线暴发生时是否伴随高能中微子的产生，为理解这些宇宙中最剧烈的爆发现象提供线索。 地球物理学的新视角： 即使是地球内部，也存在由放射性衰变产生的中微子。探测这些“地球中微子”可以为研究地球的放射性成分、地幔动力学以及地核状态提供独特的手段。 粒子物理学的基石： 中微子质量与混合： 中微子质量的存在是超越标准模型的重要证据。中微子振荡现象（neutrino oscillation）——中微子在传播过程中改变“味”（flavor）的现象——是探测中微子质量和混合参数的直接手段。本章将深入分析不同类型的振荡实验，如大气中微子实验、太阳中微子实验、以及加速器实验。 CP对称性破缺（CP Violation）与宇宙的物质-反物质不对称： 中微子振荡是否具有CP不对称性，即中微子和反中微子振荡行为的差异，是解释宇宙中物质远多于反物质的关键。未来的实验将致力于精确测量这种不对称性。 寻找右手性中微子（Sterile Neutrinos）： 标准模型中的中微子只有左手性。寻找假想的右手性中微子，可能揭示中微子质量的起源（如跷跷板机制）以及超出标准模型的新物理。 检验基本对称性： 中微子探测可以作为检验许多基本对称性，如轻子数守恒、能量守恒等，以及寻找潜在的相互作用的新途径。 核物理学的精细探测： 核结构与反应率： 中微子可以穿透原子核，与其中的核子发生相互作用。通过精确测量中微子与特定原子核的散射截面，可以深入理解核力的性质、核子的分布以及核内部的复杂量子效应。 核反应堆中的应用： 核反应堆是中微子通量最大的来源之一。研究反应堆中微子，不仅能帮助监测核燃料的消耗和反应堆的安全运行，还能提供重要的核物理参数。 核能与核安全： 尽管本书不涉及核材料，但理解中微子在核反应过程中的产生和传播，对于发展更安全、更高效的核能技术，以及核不扩散监测，具有潜在的长远意义。 第四章：面向未来的展望——中微子研究的无限可能 本书的最后一章将着眼于未来，探讨中微子散射研究在未来可能带来的突破性进展，以及它在解决人类面临的重大科学和技术挑战中的潜在角色。 更大规模、更高精度的实验： 展望下一代大型中微子实验，它们将拥有前所未有的灵敏度和精度，有望解决当前物理学中的关键谜团，如中微子质量的绝对值、CP不对称性的精确测量、以及是否存在新的中微子味等。 “幽灵粒子”的精密测量： 随着探测技术的进步，我们有望对中微子更精确地测量其质量、混合角、以及磁矩等性质，这将为检验和扩展现有理论模型提供强有力的证据。 中微子天文学的新纪元： 整合来自不同来源（如超新星、活动星系核、以及潜在的宇宙早期中微子背景）的中微子信号，将开启真正的“中微子天文学”，为我们提供一个全新的窗口，观测宇宙中最遥远、最极端的天体现象。 跨学科交叉与新兴应用： 量子计算与信息： 中微子作为天然的量子粒子，其量子态的操纵和探测技术，可能为量子计算和量子信息科学带来新的灵感和突破。 医学成像与诊断： 尽管目前尚处于早期探索阶段，但利用中微子进行非侵入性医学成像，尤其是在深层组织成像方面，展现出巨大的潜力。 地球科学与资源勘探： 探测地球内部的中微子，有望为研究地球内部结构、放射性元素分布，甚至寻找地下资源提供新的方法。 核安全与反恐： 利用中微子探测技术，可以实现对核材料的远程、非侵入性监测，为防止核扩散和打击核恐怖主义提供有力工具。 理论与实验的协同进化： 强调理论预言与实验测量之间的紧密联系。新的实验发现将不断驱动理论的创新，而新的理论框架也将指导实验的设计和优化。 通过对中微子散射的理论基石、探测技术、以及广泛应用领域的深入探讨，本书旨在为读者呈现一个关于“看不见的粒子”如何成为揭示宇宙奥秘的强大钥匙的宏大图景。这不仅是一次科学探索的旅程，更是一次对人类认知边界的不断拓展。

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我必须强调这本书在“未来展望”部分所展现出的深刻洞察力。许多教科书在讲解完现有技术后便戛然而止，但本书却敢于展望中子源的下一代发展，以及与同步辐射、电子显微镜等技术的融合趋势。作者们不仅罗列了正在开发中的新型探测器技术，还探讨了人工智能和机器学习在处理海量高维散射数据方面的潜力。这使得这本书不仅仅是一份对现有知识的总结，更像是一份面向未来十年的研究路线图。它激发了我去思考，十年后我们分析材料结构的方式会发生怎样的革命。这种前瞻性，对于刚进入研究领域的新人来说，是无价的指引，它帮助我们把研究目标定得更高远一些。看完这本书，我不再满足于解决手头的具体问题，而是开始思考如何利用这些强大的工具去探索那些尚未被触及的物理边界。

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作为一名材料学背景的研究生，我手头上积攒了不少关于结构分析的书籍，但坦率地说，很多都停留在对理论框架的复述上，缺乏对实际“疑难杂症”的深入剖析。然而，这本书在这方面做得尤为出色。它没有回避那些在实际研究中经常遇到的“死胡同”——比如如何区分表面散射和体散射的贡献，或者当样品存在多相性时如何进行有效的拟合。作者们似乎非常理解读者在面对真实、不完美数据时的挫败感，并为我们提供了切实可行的“野路子”和高阶技巧。我特别喜欢其中关于“数据处理流水线”的那几章，其中不仅提到了常用的软件工具包，更重要的是阐述了背后的物理逻辑，让我们不至于成为只会输入指令的“操作员”。每一次成功的数据归一化和结构重建，都离不开对这些底层原理的深刻理解，而这本书正是搭建了这样一座坚实的桥梁，从理论的高塔直接通向了实验的第一线。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调混合着仿佛来自微观世界的复杂图案，立刻抓住了我的眼球。它不像很多学术专著那样刻板乏味，反而散发出一种既严谨又充满探索欲的魅力。我原本以为这会是一本读起来会让人昏昏欲睡的理论书籍，但翻开扉页后，我发现作者的叙述方式异常生动。他们没有一上来就抛出晦涩难懂的公式，而是通过引人入胜的案例，比如新型催化剂的结构解析，或者超导材料内部的磁序研究，将我们这些非专业人士也稳稳地带入了中子散射的奇妙世界。尤其值得称赞的是，书中对实验技术的描述，那种对细节的关注——从样本制备的挑战到探测器阵列的精妙布局，都展现出作者深厚的实践经验。阅读这些章节时，我仿佛亲身站在大型散射设施前，感受着那束束无形的“探针”如何穿透物质，揭示其最深层的秘密。这种将前沿物理与工程实现巧妙结合的笔法，让人对这门技术的美感油然而生敬意。

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与其他聚焦单一材料体系的书籍不同，这本书的视野广阔得令人惊叹，它真正做到了“新材料”的广谱覆盖。我们知道，中子散射是研究磁性、氢化物、软物质等领域的利器，但很少有书籍能如此流畅地在这些看似风马牛不相及的领域间切换，并始终保持清晰的逻辑主线。作者们非常巧妙地利用了中子散射的互补性——比如对轻元素（如氢、锂）的敏感性，以及对磁矩的直接探测能力——来串联起对不同物理现象的探究。读完关于液态金属结构的那一章，我立刻跳转到对高熵合金中局域无序的讨论，这种跨越尺度的知识迁移，极大地拓宽了我对“材料”这个概念的理解。它不再是冰冷的晶体结构图，而是充满了动态和复杂相互作用的活的系统。这本书无疑是那种可以放在手边，随时翻阅，总能从中找到新灵感的工具书。

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这本书的排版和图表质量，简直达到了艺术品的水准。坦白讲，很多物理教材的插图粗糙得让人怀疑是不是用上世纪的绘图软件制作的，那些散射因子图、倒易空间映射图，常常是模糊不清、难以辨认的。但在这里，每一张图都是精心制作的，色彩的运用极为克制而有效，箭头、坐标轴、误差棒都清晰锐利。例如，书中展示的那些复杂二维散射图案，那些由原子振动和晶格畸变产生的精细特征，被放大并配上了详尽的文字注释，使得那些原本可能被快速忽略的细节，如今成为了理解物理机制的关键线索。阅读体验上，纸张的质感也为阅读增添了一份仪式感，它让我想起了那些经典物理学家的手稿，沉甸甸的，仿佛握着知识的重量。这种对细节的极致追求，体现了出版方和作者对学术质量的极高标准，让人在阅读时不自觉地提升了自己的学术要求。

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