‧宇宙到底有多大呢？

‧基本粒子到底有多小呢？

‧為什麼物理學不討論幽靈呢？

‧《星際大戰》裡的光劍做得出來嗎？

‧世界級的研究卻因為夏季電費而停擺？

從基本的物理知識到科幻小說般的未知科學，讓物理學家用最淺顯的文字回答所有疑惑！

連高中生都能理解的基本粒子物理學最新研究

用世界上最龐大的儀器

探究世界上最小的物質

基本粒子物理學究竟在研究些什麼？

說到底，基本粒子究竟是什麼呢？

簡單來說，就是非常小的物質。它們小到肉眼看不到。

那麼，應該要如何研究這些非常小的東西呢？

我們所使用的方式就是以人工方法製造基本粒子，再研究這些粒子。

若要從某個較大的物質中取出「基本粒子」的話，方法十分單純。

只要將比它大一個層級的物質「質子」用力丟向堅固的牆壁，把質子破壞掉就行了。

接著在從破壞後的碎片中撿拾基本粒子。

這種方法相當原始，很像是小孩會想到的方法，卻也是物理學最先進的實驗室中所使用的方法。

本書是以作者在日本中央大學杉並高中所教授的四次課程內容為基礎製作而成。

第一章是以作者正在進行的微中子實驗為例，說明基本粒子物理學的研究內容。

第二章從物質的組成開始談起，介紹基本粒子的理論。

第三章則回答學生們所提出的各種問題，並進一步說明微中子。

最後，第四章則提到所謂的科學，永遠都是建立在前人的研究成果之上。

科學家們皆是因此不斷研究，並將成果公諸於世，後人便能以此為基礎，

也許百年後就會發現基本粒子的新用途。

◎日本AMAZON4.5顆星好評推薦

‧用身邊的例子來說明，比起艱深的科學雜誌更容易了解。

‧讀完已經過了好幾個月，基本粒子都還在我腦海中揮之不去。

‧就好像身臨實驗現場一樣，內容專業但十分易懂。

‧由科學家來解開微中子的謎團，100年後也許會變成人類所必備的知識。

‧就算跳過比較難的知識，看插圖也能大致了解，連小學高年級的兒子也讀得很入迷。

前言

第一章　這個世界上最龐大、最精密的機械

J-PARC如何生成微中子？

300公里長的巨大「實驗室」

也會用在癌症治療與犯罪搜查上

世界五大加速器

總之就是很大！

宇宙到底有多大呢？

基本粒子到底有多小呢？

物理學最先進的研究，用的是小孩子都想得出來的方法

加速器的「油門」和「方向盤」是什麼呢？

人類做得出來的最大磁場，只有健康磁石的十倍左右

在一圈1.6公里的軌道上跑三十萬圈以後相撞！

抓好時間點，每二十萬分之一秒從後面推一把

從Giga到Tera——和硬碟容量一樣逐漸進化的加速器

集結了許多大企業的國家級計畫

中國花了二十年也做不出來？

或許你曾在哪裡聽過微中子這個詞，因為這是日本的專長

就像有多個影廳的影城般，J-PARC也是由數個加速器構成

打碎、濃縮、過濾——如何生成微中子

用超導磁鐵技術可以產生比健康磁石還要強二十倍的磁場

J-PARC的實驗裝置

用最龐大的裝置來研究最微小的事物

第二章　人類對於「小」的概念能夠理解到什麼程度呢？

基本粒子概論——從原子到夸克

Q　為什麼要做這個工作呢？

沒必要特地去做自己喜歡的工作

Q　要是發生地震等災害，造成研究設施停電的話，研究會停止嗎？

每年電費高達五十億日圓！

Q　會研究如何用粒子束來破壞物質嗎？

Q　你們怎麼會知道如何製造出微中子束呢？

在加速器出現以前，人們是如何研究原子的呢？

為什麼物理學不討論幽靈呢？

電子是什麼？

Q　如何用SPring-8查出咖哩有沒有下毒呢？

有毒咖哩內的原子為什麼會發光？

能夠查出犯人身分的最強科學搜查方法

帶正電的質子與不帶電的中子

Q　在加速器內繞圈圈的粒子（質子）是如何產生並放入的呢？

陽離子與陰離子的生成方式

離子源與電荷轉換裝置

天才學者包立預言了微中子的存在

支配自然界的四種力

以前人的命名拿到現在來看常讓人覺得尷尬

不用正或負來命名，改用紅、藍、綠

基本粒子整理

物理學家認為「做不到某些事」的原因

第三章　開拓「知識」的瞬間

超級神岡探測器如何捕捉微中子呢？

Q　您說J-PARC的離子源一開始會先製備H-離子，之後再轉換為H+離子。為什麼這樣會比較好加速呢？

Q　我...

過去曾有個電視節目，叫做「Project X」。年輕人可能沒有聽過，不過這是一系列相當受歡迎的記錄片，介紹了撐起日本戰後快速成長時期的偉人們，於二〇〇〇年至二〇〇五年於NHK播放。

物理學家小柴昌俊老師曾在這個節目中登場。他發現了一些有助於解析微中子（neutrino）這種基本粒子的線索，並以此獲得了二〇〇二年的諾貝爾物理學獎。

「超級神岡探測器」（Super-Kamiokande）是目前全世界最大的微中子探測器。而「Project X」則介紹了其原型「神岡探測器」的建設過程以及相關內容。在節目的最後，進入總結時，NHK的記者問了小柴老師一個有些尖銳的問題。

「那麼，小柴老師。微中子究竟有什麼用途呢？」

我心想「這問題問得還真是直接啊」，既緊張又期待地靜觀小柴老師會如何回應這個問題。於是小柴老師這樣回答。

「過去我們發現電子的時候，沒有任何一個人知道電子會有什麼用途。然而現在，電子（＝電力）卻成為了我們生活周遭不可或缺的東西。同樣的，現在的我們也不曉得微中子有什麼用途，但數十年後，或者數百年後，微中子一定會成為與電子同樣重要的東西。」

這段話讓我相當感動。因為這段話用一般人也聽得懂的方式，說明了基礎科學的研究如何影響我們的生活，也提到需經過一定的時間才會真正影響到我們的生活。我心想，真不愧是有拿到諾貝爾獎的學者。

基本粒子物理學，是為了探究這個世界上所有事物之根源的深奧學問。

聽起來或許像是在裝模作樣，但也確實因為過於深奧，感覺好像和我們的日常生活是完全不同的世界。所以一般人難免會像剛才提到的記者般，提出「那這個東西究竟有什麼用途呢？」之類的疑問。

不過我們這些物理學家可能是過於害羞、可能是態度傲慢，常不會花太多心力解釋自己在做些什麼。

這麼說或許會得罪那些至今一直致力於物理科普書籍的作者。但我想問各位讀者們一個問題。

「您真的有完全看懂這些書在講什麼嗎？」

不是我在說，我以前是個很不認真、頭腦很差的高中生，這類物理科普書籍我沒有一本能夠從頭到尾讀完。

為什麼讀不完呢？原因也沒什麼大不了的。

因為這些作者的頭腦太好了。

仔細想想這也是理所當然的。既然要研究最深奧的學問，他們的頭腦就不可能差到哪裡去。這些老師們抱著「這樣寫讀者應該看得懂吧」的想法寫出來的內容，對一般人來說還是太困難了些……。

我和大多數人一樣「看物理相關書籍時，常會看不懂」，但厲害的物理老師們大多不會有這樣的經驗。頭腦很聰明的老師們一看到數學式時，馬上就能理解這個算式想講些什麼，我卻辦不到。要是沒有把物理概念一個個轉換成具體的圖像或例子，就沒辦法記住。這也是我的優點。

我常為來參觀我所任職之研究設施的人們導覽，且常有人稱讚我的說明「相當簡單易懂」。如果這不是場面話的話，大概就是因為我會在腦中描繪出具體的圖像吧。我只是把我為了理解這些物理概念而描繪出來的圖像傳達給其他人而已。