前 言
PREFACE

2012年7月，研究者们宣布发现了希格斯玻色子。人们普遍认为这是数十年来物理学界最重大的发现之一。人们彻夜不眠地排队参加欧洲物理实验室的研讨会，这场研讨会由位于日内瓦郊外的欧洲核子研究委员会主办，全世界有超过50万人观看了网络直播。在《科学新闻》杂志的一篇文章里，玻色子被比喻成亚瑟王的圣杯、德莱昂的不老泉和亚哈船长的白鲸。玻色子在1964年被首次提出，它被认为是标准模型的最后一块拼图。标准模型是物理学家提出的组成宇宙的粒子及其相互作用方式的最佳描述。为了找到玻色子，物理学家们已经等待了近半个世纪。

但是，对于物质本质理解的研究则要追溯到很久以前。古希腊人拥有自己的经典元素理论：土、水、空气和火。17世纪，艾萨克·牛顿将物质描述为“结实、厚重、坚硬、坚不可摧且可以移动的颗粒”。19世纪，在德米特里·门捷列夫编纂的元素周期表中，化学元素（钠、铜、锌等）依照它们的元素质量被分门归类，元素物理属性的周期性因此被揭示。这项理论是如此成功，以至于我们至今依然在使用它。

现代物质科学始于英国物理学家约瑟夫·汤姆孙，他于1897年发现了电子。汤姆孙证明了比原子更小的粒子的存在。一场精彩纷呈的亚原子粒子捕猎由此拉开了帷幕。

多亏了20世纪的理论和实验工作的积累，其中包括揭示玻色子的高能粒子撞击，研究者们现在比汤姆孙时代知道的更多了。始于20世纪20年代的量子革命从根本上改变了我们对微观世界如何运转的理解。例如，光既是粒子也是波，就如同“鬼魅般的超作用”一样纠缠在一起。量子力学为标准模型的发展奠定了基础，其中包括：汤姆孙的电子，组成质子和中子的夸克，能够变换属性的中微子，以及其他基本亚原子粒子。光和其他“力携带者”是标准模型的介质，力在形形色色的粒子间来回传递。

关于什么是物质以及物质有怎样的行为还存在很多疑问。例如，暗物质和暗能量就仍然是个谜，它们约占据宇宙物质能量的95%。一些超对称理论提出，标准模型的每一个粒子都有一个还未被发现的伙伴。目前还没有一个明确的方法可以调和统治超微世界的理论（量子力学）和统治宏观尺度物质的理论（重力）。虽然所有谜团并未破解，但这并不能阻止研究者们操纵物质来发展新技术的脚步。

人类是加工自然物质的专家。从早期石器到罗马水渠，再到硅晶时代，我们已经通过自己对物质的理解，创造出了新奇的材料，广泛地利用能量，推动了人类文明的进步。过去几年里，人类取得了重大进步，聚变能、量子计算机、量子通信和超材料斗篷成为物质科学的新里程碑。

随着科学家们对物质的深入研究，人类将有更多操纵和创造物质的可能性。

美国《科学新闻》杂志社（Science News）
2016年10月 gLyZTf3w1K4KANDnPR09DzkhCswIMjCrE7V6hxkoecHMjO7p2nXdkZfKhh8O3Ung