Trends in Experimental High Energy Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Nova Science Publishers

作者:Stevens, Jacob R. (EDT)

出品人:

页数:364

译者:

出版时间:2006-04-11

价格:USD 160.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781594543500

丛书系列:

图书标签:

• 高能物理
• 实验物理
• 粒子物理
• 物理学
• 前沿
• 研究进展
• 学术著作
• 实验方法
• 探测器
• 理论物理

粒子物理学的边界：从标准模型到超越的探索 本书聚焦于21世纪以来高能物理实验领域取得的重大进展、面临的挑战以及未来十年的关键研究方向。本书旨在为该领域的科研人员、研究生以及对前沿物理学感兴趣的读者提供一份全面而深入的综述，着重探讨实验如何驱动理论的演进，并勾勒出我们对物质最基本构成和相互作用的理解正经历的深刻变革。 --- 第一部分：标准模型的巩固与挑战 标准模型（SM）自上世纪70年代建立以来，成功地描述了电磁力、弱核力和强核力这三种基本作用力以及构成物质的基本粒子。本书首先回顾了过去二十年实验物理学如何对SM的各个组成部分进行极其精确的检验，并展示了这些检验如何将理论的预测推向了新的精度极限。 1. 希格斯玻色子的精确刻画： 自2012年LHC（大型强子对撞机）发现希格斯玻色子以来，实验物理学将重点转向了对其性质的深入研究。本书详细分析了ATLAS和CMS合作组对希格斯玻色子产生、衰变和相互作用截面的测量结果。我们深入探讨了希格斯玻色子与夸克（特别是顶夸克和底夸克）以及轻子（如$ au$轻子）的耦合强度的测量，这些测量是检验其与基本费米子质量起源关系的关键。我们特别关注对“不寻常”衰变模式的搜索，例如衰变成μ子对($H o mumu$)或无可见产物的衰变，这些模式若被证实，可能暗示存在超出标准模型的粒子介入。书中包含了对希格斯玻色子自耦合的间接约束的最新进展，这是理解真空稳定性以及潜在新物理起源的关键参数。 2. 夸克和轻子的精确谱系： 本书系统梳理了对第三代夸克（顶夸克和底夸克）的性质测量。顶夸克质量的精确测量（$m_t$）不仅是SM参数之一，也是预测SM真空稳定性的关键输入。我们审视了LHC在测量顶夸克产生截面和分布函数方面的最新成果，特别是对顶夸克伴随产生（ttH）和特定衰变模式的搜索，这些都对新物理的间接效应极其敏感。对于底夸克，本书详述了B物理实验（如Belle II和LHCb）在味耦不守恒（Flavor Lepton Universality Violation, LFU）方面的突破。LHCb对$B_s o mu^+mu^-$衰变的测量，以及对$B$介子半轻子衰变中不同轻子家族比例的差异（例如$R_K$和$R_{D^}$比率的异常），被重点分析，它们构成了当前最令人兴奋的潜在“标准模型偏差”之一。 3. 强相互作用的非微扰区域： 量子色动力学（QCD）的精确性依赖于我们理解强子结构和夸克胶子等离子体。本书回顾了高能对撞机实验如何利用喷注（Jet）物理学、重离子碰撞（如Pb-Pb和Xe-Xe）来研究夸克-胶子等离子体的性质，如粘滞度、能量损失和重夸克输运。此外，对低能强子谱的精确测量，特别是对奇异和粲强子的光谱，为晶格QCD计算提供了重要的实验基准。 --- 第二部分：寻找标准模型之外的粒子与作用力 尽管标准模型在描述已发现的粒子方面表现出色，但它未能解释暗物质、暗能量、中微子质量以及引力在量子尺度下的统一性等核心问题。本书的核心章节致力于探讨如何通过实验手段探索这些“新物理”的可能性。 1. 暗物质的直接与间接探测： 暗物质的实验搜寻是当前高能物理的重中之重。本书详细介绍了三大类实验范式： 直接探测（Direct Detection）： 针对弱相互作用重粒子（WIMP）的实验（如XENONnT, LZ）的最新灵敏度限制和技术进步。重点分析了这些实验如何排除传统WIMP模型空间，并探讨了对低质量暗物质（如轴子）的新型探测技术（如ADMX）。 间接探测（Indirect Detection）： 对宇宙中暗物质湮灭或衰变产物（如高能$gamma$射线、反物质或中微子）的搜寻。详细讨论了费米-伽马射线空间望远镜和CTA（切伦科夫望远镜阵列）的潜力，以及对银河系中心和矮星系团的特殊关注。 对撞机生产（Collider Production）： 在LHC上通过“缺失的能量”（Missing Transverse Energy, MET）来寻找“看不见的”暗物质粒子或其载体粒子的搜寻策略和结果。 2. 中微子物理学的进展与未来： 中微子质量的存在是SM破产的最明确证据之一。本书深入剖析了当前实验对中微子质量等级和混合矩阵（PMNS矩阵）的精确测量。重点讨论了“中微子质量等级”的确定（正常序或反序）以及对“荷质比”（Majorana vs. Dirac）性质的探测，特别是对双贝塔衰变（$0 uetaeta$）的长期搜索。此外，还评估了下一代大尺寸中微子实验（如DUNE）在阐明CP破坏（中微子与反中微子振荡差异）方面的潜力，以及对“惰性中微子”存在的探索。 3. 超对称（SUSY）与额外维度： 虽然LHC尚未发现明确的超对称粒子，但实验限制正在不断收紧。本书分析了LHC在寻找轻量级超对称伴侣（如中性子和带电荷的舒格拉诺斯粒子）方面的最新“平面”限制。对于更高质量的超对称粒子，本书探讨了如何通过精确测量希格斯性质或味物理异常来间接推断其存在。对于额外维度理论（如ADD模型、Randall-Sundrum模型），本书评估了对微观黑洞或新引力场的搜寻结果，以及它们如何通过修改标准模型粒子耦合常数施加限制。 --- 第三部分：实验技术的革新与下一代设施 高能物理的进步始终与探测技术的发展紧密相连。本部分聚焦于支撑未来十年重大发现的关键技术和基础设施。 1. 对撞机技术的未来蓝图： 本书详细讨论了下一代高能加速器的概念，这些设施旨在将能标或亮度提升一个数量级： 高亮度LHC（HL-LHC）： 描述了其升级计划如何通过提升亮度来显著增加希格斯、顶夸克以及新物理的产生率，特别是对稀有衰变和高阶微扰修正的精确检验。 未来环形对撞机（FCC）和环形对撞机（CEPC/ ILC）： 对电子-正电子对撞机（作为“希格斯工厂”）和质子-质子对撞机（作为“强子工厂”）的物理目标和技术路线图进行了比较分析。着重讨论了对希格斯粒子“自耦合”以及与暗物质/中微子部门接口的探测能力。 2. 先进探测器与数据处理： 新物理的信号往往隐藏在巨大的背景噪音之中。本书探讨了尖端探测器技术如何应对这一挑战：高精度顶点探测器（如基于硅微条和像素技术）、快速时间分辨率测量（Timing Technology）在区分信号和背景中的作用，以及新型辐射长度测量技术。此外，还讨论了在大数据时代背景下，机器学习和人工智能在实时触发系统优化、粒子流重构以及物理结果挖掘中的关键作用。 3. 宇宙学与高能物理的交汇点： 高能物理的前沿不再局限于地球上的对撞机。本书阐述了大型地下实验（如SNOLAB和Kamioka）与地面设施的互补性。它分析了通过引力波天文学（如LIGO/Virgo/KAGRA以及未来的LISA）探测早期宇宙的物理事件（如宇宙弦或相变）如何为高能物理提供宏观尺度下的约束，以及高能宇宙射线（如Pierre Auger项目）在探索超高能粒子极限方面的持续贡献。 --- 总结与展望 本书最后一部分对当前实验物理学的状态进行了总结，强调了“精确度前沿”与“能量前沿”的相互作用。当前实验正在以前所未有的精度检验标准模型的内在一致性，任何微小的偏差都可能成为通往新物理的门户。本书展望了未来十年，高能物理实验将主要集中在系统性地排除或证实标准模型以外的诸多理论框架，从而绘制出粒子物理学的完整图景。

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