内容提要

从1897年发现电子到2012年发现希格斯粒子，众多物理学家一百多年来在理解物质世界微观结构的路上前仆后继，最终将量子力学、狭义相对论和规范对称性有机地结合在一起，建立了统一描述电磁力、弱核力与强核力的完整理论——粒子物理学标准模型。正如物理学大师费米所比喻的那样，一个成功的理论体系就像一头大象，应该拥有简洁明了的物理结构、精确自洽的数学体系以及尽可能少的自由参数，但又能够表现得活灵活现，从而做出尽可能多、经得起实验检验的奇妙预言。标准模型就是这样一个非凡的理论体系，它是众多理论物理学家在好奇心的驱动下和实验测量的启发下，凭借匪夷所思的直觉、想象力和抽象力，以及盲人摸象般的耐心和坚毅构建出来的，其中当然也离不开美轮美奂的数学表达形式。本书将用通俗且生动的语言，简要讲述玻尔、泡利、费米、汤川秀树、费曼、盖尔曼、李政道、杨振宁、南部阳一郎、希格斯、温伯格、格拉肖、特霍夫特等众多思想深邃、性格鲜明的粒子物理学理论家的精彩故事，回顾他们历时半个多世纪成功破解力、场和粒子的诸多奥秘，从而别出心裁地勾勒出“费米的大象”——标准模型的传奇历程。

作者简介

邢志忠，中国科学院高能物理研究所研究员，中国科学院大学物理科学学院岗位教授。长期从事粒子物理学的理论研究，在中微子质量起源和轻子味混合方面做出若干原创性工作，2024年获得中国物理学会王淦昌物理奖。业余时间从事科普创作与翻译，代表作品包括原创科普图书《中微子振荡之谜》，译著《改变世界的方程》《希格斯》《你错了，爱因斯坦先生！》《我是我认识的最聪明的人》等。

序言

探索物质最深层次的结构一直是物理学发展的最前沿，也是其发展的根本推动力之一。从分子、原子、原子核到核子，我们走过了几百年的道路。自加速器发明之后，从上世纪五十年代开始，人们陆续发现了许多新的核子（强子），超出了原来认识的原子核的范畴，一门新的学科——粒子物理学从原子核物理学中独立出来并自成体系。这个比核子更深一个层次的物理学是一个崭新的世界，其中不仅有新的粒子组分，如夸克；也给我们带来了全新的物理规律与定律，如统一描述的电磁与弱相互作用；同时也让我们对古老的粒子——如电子——有了全新的认识。粒子物理学经过半个多世纪的发展，理论模型的发明与实验发现交互涌现与领先，成就了人类科学史上最成功的一个科学理论：粒子物理学标准模型。

该理论将构成物质世界的基本粒子简化为十二种，其质量差别至少超过十一个数量级；将基本相互作用分为三类，通过四种基本粒子传递；所有的粒子通过一个所谓的“希格斯机制”后天获得质量，保证了理论的规范性及可重正化。计算结果与大量的实验数据相比可以符合到很高精度（0.1%或更高）。应该说人类历史上很少有理论公式可以达到如此高的精度，且迄今为止还没有确切的实验数据与标准模型有不符合之处。标准模型经过七十余年的发展，其实已经不再是模型，而是标准理论。其发展历程用一句简单通俗的话来描述，就是波澜壮阔、跌宕起伏。在此过程中，还穿插了许多出人意料的实验发现和验证，让许多人兴奋若狂，也让许多人捶胸顿足。

邢志忠教授是我国著名的粒子物理学家，亲身参与并见证了粒子物理学标准模型发展的末端，年轻时与许多建立标准模型的核心人物有极好的私交，亲耳听到过他们介绍的许多发展过程、故事及八卦。他从一个不远不近的距离观察标准模型的发展历史，既不掺杂个人恩怨，也没有拔高自己、贬低别人的初衷和必要，但同时又有足够的“内部信息”。

这本书介绍了标准模型的发展历史，既有专家的严谨，也有讲故事高手的诙谐、幽默以及必要的人物刻画与细节，是一本难得的好书。物理学家可以从中得到许多启发，青年学生可以学到物理学知识、科研过程及科研方法，普通读者可以从中了解科学史、科学研究的艰辛与有趣的科学知识，也可以认识许多可敬可爱的物理学家。

很高兴有这样高质量的书能够与读者见面，也希望有更多这类原创书籍能够出版。

王贻芳

二〇二六年二月十四日

王贻芳，国际著名高能实验物理学家，中国科学院院士、美国国家科学院外籍院士、美国艺术与科学院外籍院士、俄罗斯科学院外籍院士、英国皇家学会外籍院士、发展中国家科学院院士；曾任中国科学院高能物理研究所所长、大亚湾中微子实验国际合作组中方发言人；现任江门中微子实验国际合作组发言人、中国物理学会高能物理分会主任。

王贻芳在粒子物理学实验前沿做出了诸多重要贡献，获得了众多国际和国内学术大奖：2014年获得美国物理学会粒子物理实验潘诺夫斯基奖（W. K. H. Panofsky Prize in Experimental Particle Physics），2016年获得基础物理学突破奖（Breakthrough Prize in Fundamental Physics）以及国家自然科学奖一等奖，2019年获得未来科学大奖“物质科学奖”，2023年获得欧洲物理学会高能和粒子物理学奖（EPS High Energy and Particle Physics Prize），2026年获得国际基础科学大会丁肇中物理奖章（The 2026 ICBS Samuel C.C. Ting Medal in Physics）。