基本粒子物理超入門：一本讀懂諾貝爾獎的世界級研究

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。

因此，為了活用我的這個優點、為了幫助那些像我一樣在讀過物理學書籍後感到挫折的人們，我試著寫下了這本書。我用自己的方式，努力寫出有趣的內容，希望讀者閱讀本書時不會因為看不懂而中斷。

「物理學是什麼呢？」、「這又有什麼用途呢？」如果讀者能夠一口氣讀到最後，就可以看到我對這些問題的回答。這是不同於小柴老師、具備我個人風格的答案（不過別因為這樣就從後面開始看，這樣就犯規了（笑））。

這本書是以我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。每次上課時，學生們會提出相當多的問題，而我則在上課時一一回答這些問題，這就是我們課程進行的方式。在讀這本書的時候，如果覺得有什麼地方看不太懂，通常在下一次的授課中就會解答您的疑惑。所以閱讀本書時，無須過度在意看不懂的地方，繼續看下去就對了。

特別是第二章，講的不是「實驗」而是「理論」，可能會讓人覺得有點無聊。這時只要當作自己是邊聽課（讀書）邊放空，撐一下就過去了。或者跳過第二章，直接閱讀第三章也沒關係。

那麼就讓我們馬上開始吧。