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出版者:Lippincott Williams & Wilkins

作者:Andolina, Valerie Fink/ Lille, Shelly/ Willison, Kathleen M.

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:2001-7

价格:$ 90.34

装帧:HRD

isbn号码:9780781716963

丛书系列:

图书标签:

• 医学影像
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• 肿瘤学

《现代物理学前沿探索》 书籍概述 《现代物理学前沿探索》是一部深入剖析当前物理学最激动人心领域和理论突破的综合性著作。本书旨在为物理学爱好者、专业研究人员以及对自然界基本规律感兴趣的读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角，涵盖了从粒子物理学到宇宙学，再到凝聚态物理学等多个关键分支的最新进展和未解之谜。 本书的撰写团队汇集了多位在各自领域具有深厚造诣的资深物理学家和跨学科专家。他们不仅阐述了经过实验验证的成熟理论，更着重探讨了正在形成的、具有颠覆性潜力的前沿概念和实验范式。我们拒绝停留在教科书层面的基础回顾，而是聚焦于那些正在重塑我们理解时空、物质和能量本质的前沿研究。 第一部分：粒子物理学的边界与标准模型之外的探索 本部分将读者带入微观世界的极限，探索物质构成的最基本单元。 第一章：希格斯玻色子之后的粒子物理学 在大型强子对撞机（LHC）成功发现希格斯玻色子之后，粒子物理学的研究进入了一个新的阶段。本章详细审视了对撞机数据的最新分析结果，重点关注标准模型中预言的缺失环节——例如，更精细的希格斯玻色子性质测量，及其与自旋1/2费米子的耦合强度。我们探讨了电弱对称性破缺的机制，以及如何利用高精度测量来寻找偏离标准模型的微小迹象。 第二章：暗物质的搜寻：实验与理论的交汇 暗物质构成了宇宙物质总量的绝大部分，但其本质仍然是现代物理学最大的谜团之一。本章系统梳理了目前主要的暗物质候选模型，包括弱相互作用重粒子（WIMPs）、轴子（Axions）以及更轻的奇异物质。详细介绍了全球范围内正在进行的直接探测实验（如XENONnT、PandaX等）的技术原理、面临的背景噪声挑战以及最新的零结果（Null Results）所设置的实验约束。同时，探讨了间接探测（如伽马射线暴观测）和通过加速器产生奇异粒子的理论可能性。 第三章：中微子物理学的第三种振荡 中微子被认为是“幽灵粒子”，它们三种味之间的相互振荡现象揭示了中微子具有质量这一超越标准模型的基本属性。本章聚焦于对中微子质量等级（正常层级或反常层级）的确定性研究，以及对CP破坏的探寻。重点介绍了DUNE（深层地下中微子实验）等下一代实验的规划，它们旨在通过长基线中微子束，精确测量中微子参数，并可能揭示物质-反物质不对称性的起源。 第二部分：引力、时空与宇宙学的宏大叙事 本部分将视角拉伸到宇宙的尺度，探讨时空的结构、引力的本质以及宇宙的起源与演化。 第四章：引力波天文学的黄金时代 激光干涉引力波天文台（LIGO）和Virgo的成功观测，开辟了引力波天文学这一全新窗口。本章不仅回顾了双中子星并合（GW170817）的电磁对应体发现，更深入探讨了对超大质量黑洞并合事件（SMBHBs）的探测前景。详细分析了从引力波信号中提取黑洞和中子星的物理解释，包括它们极端状态下的核物质状态方程（EOS）的限制。此外，本章还探讨了空间基引力波探测（如LISA）的必要性及其将带来的对早期宇宙的洞察。 第五章：暴胀理论的挑战与替代方案 宇宙微波背景辐射（CMB）的各向异性是标准大爆炸模型的有力证据，但关于宇宙在极早期经历的“暴胀”阶段，理论仍存在多个竞争模型。本章批判性地评估了主要的暴胀模型（如混沌暴胀、T字形暴胀）与普朗克卫星观测到的原始功率谱和张量-标量比（r值）之间的兼容性。同时，详细介绍了对“对撞宇宙学”（Collider Cosmology）和“大反弹”（Big Bounce）等非暴胀原初模型的最新进展，这些替代方案旨在避免暴胀理论在量子引力尺度上面临的理论难题。 第六章：量子引力与时空的新兴结构 理解量子力学与广义相对论的统一是物理学的圣杯。本章探讨了弦理论和圈量子引力（LQG）这两种主流路径的最新发展。重点讨论了全息原理（AdS/CFT对应）在理解黑洞信息悖论中的应用，以及如何利用它来研究强耦合系统。对于LQG，本书介绍了其如何对时空进行量子化，以及在普朗克尺度上对“时空泡沫”的数学描述。 第三部分：凝聚态物理学的量子信息革命 现代凝聚态物理学已不再局限于材料的宏观性质描述，而是深入到量子多体系统的复杂行为和信息处理能力。 第七章：拓扑材料与马约拉纳费米子 拓扑绝缘体和拓扑半金属代表了材料科学中一场深刻的范式转变，其特征在于受到拓扑不变量保护的表面态。本章聚焦于二维和三维拓扑材料的电子结构分析，以及它们在构建拓扑量子计算中的潜在应用。特别是对马约拉纳零能模（Majorana Zero Modes）的深入探讨，分析了通过超导-拓扑界面实现的实验证据及其在非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）中的作用。 第八章：量子模拟与信息处理的未来 量子模拟利用一个可精确控制的量子系统来研究另一个难以处理的量子系统。本书详细介绍了基于超冷原子（光晶格中的电子模型）、离子阱和超导量子比特阵列的量子模拟平台。重点分析了如何利用这些平台模拟高能物理中的场论问题、复杂的磁性系统和量子化学反应。本部分也涵盖了量子纠错码的最新进展，以及如何应对高复杂度量子系统中的退相干挑战。 第九章：强关联电子系统的奇异相变 当电子间的库仑排斥力变得不可忽略时，物质会展现出许多“反常”的性质，例如高温超导和重费米子系统。本章集中讨论了铜氧化物和铁基超导体中，从反铁磁相到超导相的转变区域所发生的复杂物理现象。我们将探讨利用动力学平均场理论（DMFT）等先进计算工具来解析这些强关联系统的基态和激发谱。 结论：未竟的旅程 《现代物理学前沿探索》的最后一部分总结了当前物理学界面临的共同挑战，包括如何将量子理论与引力统一、如何找到暗物质的精确身份，以及如何实现可扩展的容错量子计算。本书并非提供终极答案，而是力求激发读者对这些深邃问题的思考，展望下一代实验和理论工具将如何引领我们迈向更完备的自然图景。本书的结构和内容确保了读者能够紧跟当前科学探索的最前沿脉搏。

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