本书是欧洲核子研究中心（CERN）为纪念成立60周年组织若干知名物理学家编著，并于2015年正式出版的。60年来，在第二次世界大战的废墟上建立的CERN在粒子物理的研究中取得了辉煌的成就，在弱电统一理论发展的实验验证方面起了决定性作用：从20世纪60年代罕见介子衰变的早期测量开始，70年代对弱中性流的检测，80年代对弱相互作用的传递者W和Z玻色子的实验发现，90年代LEP实验为标准模型奠定了坚实的实验依据，其后，2012年7月4日LHC设备上的ATLAS和CMS两个合作组宣布发现的希格斯粒子又正式向世界宣告了粒子物理标准模型的最终成功。今天，CERN已成为世界粒子物理研究中心和前沿实验阵地。
本书各章高屋建瓴地介绍了60年来CERN在各有关研究领域的研究意义、技术路线、取得的成就以及历史经验，展现了世界各国政府以及数以千计科学家之间合作的巨大成功。本书也是一本了解CERN的成功之道和杰出成就的历史资料。
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目录
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第1篇 希格斯玻色子在LHC上的发现 1
1.1 引言 1
1.2 ATLAS和CMS实验 4
1.2.1 ATLAS探测器 4
1.2.2 CMS探测器 6
1.2.3 安装和调试 6
1.3 触发器、计算技术及早期运行 8
1.3.1 触发器和计算技术 8
1.3.2 标准模型测量以检验其正确性 9
1.4 标准模型中希格斯玻色子与LHC 11
1.4.1 希格斯玻色子的发现及其性质的测量 13
1.4.2 利用2011年全部数据与2012年部分数据的分析结果 13
1.4.3 来自2011年和2012年全部数据的结果 16
1.4.4 ATLAS和CMS合作组RUNⅠ数据合并的结果 21
1.5 总结和展望 25
参考文献 27
第2篇 重味强子物理的精确测量 30
2.1 引言 30
2.2 历史回顾 31
2.2.1 小林-益川机制的起源 31
2.2.2 B物理的兴起 32
2.2.3 LHC时期 33
2.3 CKM矩阵 34
2.3.1 定义 34
2.3.2 标准参数化 35
2.3.3 Wolfenstein参数化 36
2.3.4 幺正三角形 36
2.3.5 CP破坏的唯象理论 38
2.3.6 幺正三角形的实验测定 40
2.4 LHC上的b物理回顾 42
2.4.1 CP =对称性破坏 42
2.4.2 稀有电弱衰变 45
2.4.3 *衰变的首次观测 46
2.5 总结 49
参考文献 49
第3篇 走近物质的极限：CERN超相对论性核碰撞 58
3.1 强相互作用物质 58
3.2 QCD物质研究：树立信心 60
3.3 CERN关于高温QCD物质的研究 61
3.3.1 CERN重核加速 64
3.3.2 CERN的SPS实验及其物理学 65
3.4 新千年的成就 66
3.4.1 火球能量密度 66
3.4.2 火球温度 67
3.4.3 *时强子的形成：接近格点QCD预测 67
3.4.4 奇异重子和反重子产生增强 68
3.4.5 粲偶素(J=a)压低解释了QCD等离子体的形成 69
3.4.6 QCD手征对称性恢复：强子在接近TC时融化 70
3.4.7 火球物质显示集体动力学流 71
3.4.8 SPS总结及RHIC上的一些结果 71
3.5 LHC上的重离子物理学 72
3.5.1 强子形成 73
3.5.2 椭圆流 73
3.5.3 喷射淬火 74
3.5.4 夸克偶素压低 75
3.5.5 发现 77
3.6 总结 78
参考文献 79
第4篇 LEP轻中微子种类数目的测量 82
4.1 引言 82
4.2 理论原理 83
4.2.1 Z玻色子的宽度 84
4.2.2 实验可观察量 84
4.2.3 对No的灵敏性 85
4.3 实验测量 86
4.3.1 Z玻色子衰变的探测 86
4.3.2 数据样本 88
4.3.3 截面和不对称性测量 89
4.3.4 亮度测量 89
4.3.5 结果 90
4.3.6 不确定性 91
4.4 No的直接测量 91
4.5 总结 94
参考文献 95
第5篇 在LEP上的精确实验 98
5.1 引言 98
5.2 正负电子对撞机 100
5.3 在LEP上的四个探测器 102
5.4 W和Z玻色子质量的量子修正 103
5.5 SM截面、不对称性和分支比 106
5.6 LEP-I的电弱结果 107
5.7 SM的约束 109
5.8 LEP-II的电弱结果 113
5.9 QCD结果 114
5.9.1 胶子的自相互作用 114
5.9.2 b夸克质量的跑动 115
5.9.3 强耦合常数的确定 115
5.10 规范耦合统一 116
5.11 总结 119
参考文献 120
第6篇 W与Z粒子的发现 126
6.1 引言 126
6.2 CERN的质子反质子对撞机 127
6.3 实验 131
6.3.1 UA1实验 132
6.3.2 UA2探测器 133
6.4 W和Z玻色子的发现 135
6.4.1 W玻色子的发现 135
6.4.2 Z玻色子的发现 138
6.5 对撞机继续运行后的物理结果 142
6.5.1 W和Z的质量与产生截面 142
6.5.2 *衰变中的电荷不对称性 143
6.5.3 对QCD的一次检验 145
6.5.4 W和Z玻色子的强子衰变 145
6.5.5 W和Z玻色子的精密测量 146
6.6 总结 148
参考文献 149
第7篇 弱中性流的发现 151
7.1 引言 151
7.2 CERN高能中微子物理的开端 151
7.2.1 20世纪50年代末弱相互作用的研究状态 151
7.2.2 CERN的第一个中微子实验 152
7.2.3 弱中性流的早期寻找 154
7.3 弱中性流的发现 155
7.3.1 气泡室Gargamelle 155
7.3.2 挑战 157
7.3.3 1973年3月的情况 158
7.3.4 中子本底 160
7.3.5 激动人心的秋天 162
7.3.6 质子实验 162
7.3.7 确认 164
7.4 总结 165
参考文献 166
第8篇 CERN高能中微子实验的重要成果 169
8.1 引言 169
8.2 早期Gargamelle关于夸克-部分子模型的结果 170
8.3 中微子束流和实验 172
8.4 核结构和夸克部分子模型 175
8.5 弱电测量 177
8.5.1 弱混合角 177
8.5.2 粲夸克的产生和GIM机制 179
8.6 QCD和结构函数 180
8.7 总结 185
参考文献 185
第9篇 直接CP破坏的发现 187
9.1 引言 187
9.1.1 CP破坏研究的早期阶段 187
9.1.2 基本现象 188
9.1.3 80~90年代*实验测量的状况 189
9.1.4 *测量的主要挑战 190
9.2 第一代：NA31束流和探测器 191
9.2.1 *束流 191
9.2.2 NA31实验布局 192
9.2.3 中性衰变的测量：液氩量能器 193
9.2.4 带电模式的测量 194
9.2.5 触发、在线本底排除和数据获取 195
9.3 NA31的分析和结果 195
9.3.1 分析 196
9.3.2 NA31的结果 197
9.3.3 相位测量 199
9.4 第二代：NA48束流和探测器 201
9.4.1 NA48束流 202
9.4.2 标记器 202
9.4.3 液氪量能器 203
9.4.4 谱仪 204
9.4.5 NA48触发和数据获取系统 204
9.4.6 NA48分析 204
9.4.7 NA48结果 208
9.5 总结 209
9.5.1 *的世界平均值 209
9.5.2 K介子中的CP破坏：重介子系统的入口 210
9.5.3 K介子的CP破坏：理论的入口 211
9.5.4 CERN K介子实验的遗产 211
参考文献 212
第10篇 CPLEAR(PS195)上中性K介子离散对称性的测量 216
10.1 低能反质子环 216
10.2 CPLEAR实验方法 217
10.3 CPLEAR探测器 218
10.4 中性K介子唯象理论 220
10.4.1 时间演化 220
10.4.2 离散对称性 222
10.4.3 *衰变中CP破坏的测量 224
10.4.4 T和CPT破坏参数的直接测量 225
10.4.5 幺正关系对T和CPT参数的限制 227
10.4.6 基本原理的相关测量 228
10.5 总结 231
参考文献 231
第11篇 ISR的一个发现：质子-质子截面升高 234
11.1 1970年初期的强子-强子截面 234
11.2 理论框架 235
11.3 三个ISR的建议书 239
11.4 弹性散射与总截面的第一次结果 243
11.5 第二代实验 249
11.6 ISR能量范围内的重叠积分 252
11.7 ISR从更高能量看“小角度物理” 253
11.8 总结 258
参考文献 258
第12篇 SPS上μ子深度非弹性散射研究 263
12.1 引言 263
12.2 束流和探测器 264
12.2.1 早期探测器 264
12.2.2 COMPASS探测器 265
12.2.3 COMPASS极化靶 266
12.3 非极化核子结构函数 266
12.3.1 散射截面和结构函数 267
12.3.2 标度破坏 268
12.3.3 微扰QCD检验 268
12.3.4 强耦合常数的测量 269
12.4 核子自旋和极化深度非弹性散射 271
12.4.1 纵向自旋 272
12.4.2 CERN实验方法 274
12.4.3 实验结果 274
12.4.4 横向自旋 278
12.5 总结 281
参考文献 282
第13篇 揭示强子中的部分子：从ISR到SPS对撞机 287
13.1 引言 287
13.2 作为胶子对撞机的ISR 288
13.2.1 引言 288
13.2.2 主要的里程碑 289
13.2.3 关于ISR 290
13.2.4 大横动量：单举产生的数据 292
13.2.5 事例结构和喷注 293
13.2.6 直接光子 297
13.2.7 ISR的遗产 297
13.3 在SPS对撞机上的喷注 298
13.3.1 引言 298
13.3.2 喷注产生的证据 299
13.3.3 理论解释 301
13.3.4 部分子{部分子散射的角分布 303
13.3.5 质子结构函数的确定 305
13.3.6 直接光子产生 306
13.3.7 双喷注系统的总横动量 306
13.3.8 多喷注末态 307
13.4 总结 310
参考文献 310
第14篇 反质子反氢原子的性质和奇特原子研究 314
14.1 引言 314
14.2 π，μ，K和其他奇特原子 315
14.2.1 原子物理 316
14.2.2 粒子的参数 317
14.2.3 强相互作用 318
14.2.4 核物理 318
14.3 反质子原子和质子偶素 320
14.3.1 质子偶素 322
14.4 反质子 323
14.4.1 电荷和质量：TRAP，ATRAP和ASACUSA三个实验 325
14.4.2 磁矩：ATRAP 和 ASACUSA 实验 328
14.5 反氢原子 329
14.5.1 低能的反氢原子：ATHENA，ATRAP实验 329
14.5.2 捕集器 ALPHA，ATRAP 331
14.5.3 谱线 ALPHA 332
14.5.4 引力：AEgIS，GBAR实验 332
参考文献 335
第15篇 子反常磁矩和相对论检验 338
15.1 引言 338
15.2 基本原理 340
15.3 1958年1962年CERN回旋加速器和6m磁铁 341
15.4 第一代子储存环 (1962.1968) 346
15.4.1 概述 346
15.4.2 飞行中的子衰变 349
15.4.3 实验细节和结果 349
15.5 第二代子储存环 (1969.1976) 351
15.5.1 电聚焦 352
15.5.2 电四极子和擦除 352
15.5.3 环形磁铁 353
15.5.4 粒子注入 353
15.5.5 径向分布 354
15.5.6 结果 355
15.6 总结 356
15.7 相对论检验 356
15.7.1 爱因斯坦第二假设 356
15.7.2 飞行μ子寿命 358
参考文献 358
第16篇 CERN同步回旋加速器π稀有衰变的发现 361
16.1 引言 361
16.2 普适费米相互作用和 衰变：两个并行的故事 362
16.2.1 介子发现之前的弱相互作用 362
16.2.2 介子发现之后的弱相互作用 363
16.3 介子衰变到电子和中微子：CERN的发现 367
16.4 首次观测到*衰变 372
16.5 总结 374
参考文献 374
第17篇 ISOLDE上的重要成果 377
17.1 引言 377
17.2 放射性核束的生产、操控和加速 380
17.2.1 靶离子源系统—装置的核心 380
17.2.2 冷却的束流、同核异能束流和源内激光谱 381
17.2.3 REXISOLDE—放射性核束后加速的新概念 383
17.3 壳结构：幻数的减小 385
17.4 核形状—形状共存和四极形变 387
17.5 核晕 389
17.6 基本相互作用研究 391
17.7 ISOLDE在通往下半个世纪的大门前 392
参考文献 394
索引 396
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