诺贝尔物理学奖所表彰的研究成果代表着物理学的前沿方向，所涉及的研究成果很多都具有巨大的应用潜力。本书分年度深入浅出地介绍了2010年至2024年的诺贝尔物理学奖，包括奖项的知识背景、科学内涵、与日常生活的联系，以及获奖者生平介绍。

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014.09-2019.06 复旦大学 材料科学系 博士 2016.08-2018.08 美国NREL 交换生 2010.09-2014.06 郑州大学 材料科学与工程学院 本科 2023.04至今 郑州大学 物理学院 副教授 2019.07-2023.03 郑州大学 物理学院 讲师 物理学-无机光电材料近五年，作者在Chemical Reviews，Nano Research, Chemistry of Materials，The Journal of Physical Chemistry C等期刊上共发表学术论文20余篇，其中以第一作者或通讯作者发表的论文有12篇；申请国家发明专利5项，已授权3项；河南省科技成果奖1项。著有《硫化物钙钛矿的物理性能和应用》一书。

目录
前言
第1章 石墨烯
1.1 简介／1
1.2 石墨烯的发现之旅／2
1.2.1 石墨烯的探索——从理论到实验／2
1.2.2 石墨烯的制备——从胶带剥离到化学气相沉积／3
1.3 石墨烯的独特性质／6
1.3.1 电学性质／6
1.3.2 光学性质／7
1.3.3 热学性质／8
1.3.4 机械性质／8
1.4 石墨烯的科学意义／9
1.4.1 物理学领域的价值／9
1.4.2 开启二维材料领域研究／10
1.5 石墨烯对其他领域的影响／11
1.5.1 电子和信息技术／11
1.5.2 能源／12
1.5.3 复合材料／13
1.5.4 生物医学／14
1.6 石墨烯的产业化和应用／15
1.7 附录——获奖者介绍／16
参考文献／17
第2章 宇宙加速膨胀
2.1 简介／20
2.1.1 宇宙膨胀理论的历史发展／20
2.1.2 弗里德曼模型与宇宙膨胀的数学描述／21
2.1.3 减速膨胀的数学描述／24
2.2 宇宙加速膨胀的发现／25
2.2.1 宇宙距离阶梯／25
2.2.2 Ia型超新星：宇宙学标准烛光／27
2.2.3 超新星宇宙学项目／29
2.2.4 高红移超新星搜索团队／30
2.2.5 宇宙加速膨胀的影响／32
2.3 暗能量／33
2.3.1 暗能量的概念和特性／34
2.3.2 暗能量对宇宙命运的影响／35
2.3.3 暗能量研究状态和挑战／38
2.4 观测遥距超新星的科学意义／40
2.4.1 宇宙学研究技术的进步／41
2.4.2 对于宇宙学和物理学理论的贡献／42
2.4.3 对暗物质和暗能量研究的推动／43
2.4.4 对广义相对论和宇宙学模型的挑战／44
2.5 生活中的宇宙学／46
2.5.1 未来宇宙探索任务的启发／46
2.5.2 人类对宇宙的好奇心／46
2.6 附录——获奖者介绍／47
参考文献／49
第3章 测量和操控单个量子系统
3.1 简介／50
3.2 阿罗什从事单光子操控研究的历程／51
3.3 基于腔量子电动力学系统的量子信息处理／55
3.4 维因兰德单离子操控发展历程／55
3.5 基于离子阱的量子信息／59
3.6 基于离子阱的量子度量学／59
3.7 附录——获奖者介绍／60
参考文献／61
第4章 希格斯玻色子
4.1 简介／64
4.2 希格斯玻色子的发现历史／65
4.2.1 标准模型发现的早期历史／65
4.2.2 标准模型的质量问题／66
4.3 戈德斯通玻色子和希格斯机制／67
4.4 希格斯玻色子及其相互作用／70
4.5 标准模型缺失的拼图——希格斯玻色子／70
4.5.1 希格斯玻色子的发现／70
4.5.2 希格斯玻色子对粒子物理研究的推动／74
4.5.3 希格斯玻色子和宇宙学／77
4.6 希格斯物理相关的宇宙学／78
4.7 希格斯物理与高能物理实验的进步／82
4.8 附录——获奖者介绍／83
参考文献／84
第5章 高效蓝光发光二极管
5.1 简介／87
5.2 蓝光LED的背景／88
5.2.1 历史背景／88
5.2.2 早期电致发光现象／88
5.2.3 准现代LED／89
5.3 蓝光LED的物理学／90
5.3.1 pn结和发光原理／90
5.3.2 影响pn结的因素／91
5.4 蓝光LED的发明过程／93
5.4.1 蓝光LED的早期工作／93
5.4.2 新的生长技术和GaN掺杂／94
5.4.3 双异质结结构和量子阱／95
5.5 蓝光LED对科学和生活的影响／97
5.5.1 白光LED的创造和节能潜力／97
5.5.2 应用领域的扩展／98
5.6 结论／99
5.7 附录——获奖者介绍／99
参考文献／101
第6章 中微子振荡现象
6.1 简介／103
6.2 中微子的物理学基础／104
6.2.1 中微子的诞生／104
6.2.2 中微子的定义和特征／105
6.2.3 中微子的三种类型／105
6.2.4 为什么中微子被称为“幽灵粒子”／106
6.3 中微子振荡的发现／107
6.3.1 太阳中微子消失之谜／107
6.3.2 大气中微子反常／108
6.3.3 萨德伯里中微子观测站的实验结果／108
6.3.4 超级神冈实验的发现／111
6.4 中微子振荡的科学意义／112
6.4.1 中微子振荡对粒子物理学标准模型的挑战／112
6.4.2 中微子质量的发现对宇宙学的影响／114
6.5 中微子实验大科学装置／114
6.5.1 大亚湾反应堆中微子实验站（已建成）／115
6.5.2 中国江门中微子探测器（已建成）／115
6.5.3 美国南极冰立方中微子天文台（已建成）／116
6.5.4 日本超超级神冈中微子探测器（建设中）／117
6.5.5 美国的DUNE中微子探测器（建设中）／118
6.6 对现代科技和生活的影响／118
6.6.1 中微子研究在探索宇宙起源和结构中的作用／118
6.6.2 地球探针／119
6.6.3 未来通信／119
6.7 未来的研究方向和意义／120
6.8 结论／120
6.9 附录——获奖者介绍／121
参考文献／122
第7章 物质的拓扑相与拓扑相变
7.1 简介／124
7.2 物理系统的拓扑分类／126
7.3 一维系统的拓扑相与拓扑相变／127
7.3.1 Su-Schrieffer-Heeger模型／128
7.3.2 相图与能带／130
7.3.3 一维系统的拓扑刻画：贝里相位和绕数／131
7.3.4 小结／133
7.4 二维系统的拓扑相与拓扑相变／133
7.4.1 模型与哈密顿量／134
7.4.2 相图和能带／135
7.4.3 二维系统的拓扑刻画：陈数和波极化矢量／137
7.4.4 小结／140
7.5 附录——获奖者介绍／140
参考文献／143
第8章 LIGO探测器和引力波观测
8.1 简介／145
8.2 引力波的物理基础／146
8.2.1 万有引力定律／146
8.2.2 广义相对论／147
8.2.3 时空的扰动／150
8.2.4 真空中的引力波（Tμv = 0）／153
8.2.5 引力波对测试粒子的影响／154
8.2.6 引力波的产生（Tμv?≠?0）／156
8.2.7 引力的非线性／158
8.2.8 引力波的探测原理和挑战／159
8.3 LIGO与引力波的首次直接探测／161
8.3.1 LIGO的建设历史／161
8.3.2 引力波的首次直接探测／162
8.3.3 LIGO探测器的技术创新／163
8.3.4 多波段引力波探测／163
8.4 附录——获奖者介绍／164
参考文献／167
第9章 啁啾脉冲放大技术
9.1 简介／168
9.2 激光技术的早期发展／169
9.2.1 什么是激光／169
9.2.2 超强超短激光技术的早期历史／171
9.3 划时代的激光技术——啁啾脉冲放大技术／172
9.3.1 种子脉冲光源——锁模激光振荡器／173
9.3.2 展宽器／174
9.3.3 放大器／175
9.3.4 压缩器／176
9.4 世界范围内规划或正在运行的超强超短激光设施／176
9.5 超强超短激光前沿应用／181
9.5.1 激光电子加速／181
9.5.2 激光驱动高能辐射源／183
9.5.3 激光离子加速／185
9.5.4 强场量子电动力学／187
9.5.5 阿秒科学／189
9.6 结论／190
9.7 附录——获奖者介绍／190
参考文献／192
第10章 物理宇宙学、太阳系外行星
10.1 简介／196
10.1.1 物理宇宙学核心框架／197
10.1.2 系外行星搜寻方法／202
10.2 皮布尔斯的宇宙学理论贡献／205
10.3 马约尔和奎洛兹的系外行星发现／212
10.4 物理学对科学的影响／214
10.4.1 宇宙学进入精确测量时代／214
10.4.2 系外行星的多样性和宜居性／219
10.5 天文学对生活的影响／221
10.5.1 天文学和宇宙探索／221
10.5.2 科幻文学和电影中的科学元素／223
10.5.3 对人类未来太空探索的启发／225
10.6 结论／226
10.7 附录——获奖者介绍／226
参考文献／229
第11章 黑洞与银心超大质量致密天体
11.1 简介／231
11.2 物理背景和基础知识／232
11.2.1 黑洞的形成／233
11.2.2 爱因斯坦场方程／235
11.2.3 黑洞解／237
11.3 诺贝尔物理学奖成果／238
11.3.1 彭罗斯的理论研究／239
11.3.2 根策尔和盖兹的观测发现／241
11.4 未来的研究方向和挑战／243
11.4.1 量子引力理论的探索／244
11.4.2 超大质量黑洞直接成像／245
11.5 附录——获奖者介绍／247
参考文献／249
第12章 地球气候物理模型和复杂系统
12.1 简介／251
12.2 地球气候物理模型／252
12.3 天气与气候关系／254
12.4 复杂系统理论／255
12.5 气候模型的科学基础／255
12.5.1 黑体辐射理论／255
12.5.2 气候模型的统计性质／256
12.6 复杂系统理论的应用／257
12.6.1 无序系统的数学描述／257
12.6.2 复杂系统在多领域的应用／258
12.7 全球变暖的影响／259
12.7.1 极端天气事件／259
12.7.2 海洋酸化／260
12.7.3 冰川融化和海平面上升／260
12.8 附录——获奖者介绍／260
参考文献／262
第13章 纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和
?开创量子信息科学
13.1 简介／264
13.2 基础物理知识／265
13.2.1 量子纠缠／265
13.2.2 贝尔不等式／266
13.3 诺贝尔奖对物理学的推动／267
13.3.1 克劳泽的CHSH不等式和实验／267
13.3.2 阿斯佩的纠缠光子实验／267
13.3.3 蔡林格的量子隐形传态实验／268
13.3.4 违反贝尔不等式和量子非局域性／269
13.4 本届诺贝尔奖对科学的影响／270
13.4.1 量子计算和量子通信的兴起／270
13.4.2 量子加密和量子网络的前景／270
13.4.3 量子场论和引力量子化的研究／271
13.5 诺贝尔物理学奖和生活／272
13.5.1 高精度量子测量和量子传感器／272
13.5.2 量子加密在信息安全中的作用／273
13.6 结论／273
13.7 附录——获奖者介绍／274
参考文献／276
第14章 阿秒光脉冲的产生及其在电子超快动力学探测中的应用
14.1 简介／277
14.2 激光技术的发展历史／278
14.3 高次谐波的产生及发展／280
14.4 双光子干涉的阿秒拍频重构技术简介／282
14.5 光电子电离延时／283
14.6 孤立阿秒脉冲的产生／285
14.7 阿秒条纹相机技术／286
14.8 结论／287
14.9 附录——获奖者介绍／288
参考文献／290
第15章 使用人工神经网络进行机器学习
15.1 简介／293
15.2 人工神经网络的起源与发展／294
15.2.1 计算机和神经网络的关系／294
15.2.2 人工神经网络的早期发展／295
15.2.3 Hopfield网络／296
15.2.4 Hinton的玻尔兹曼机／297
15.3 深度学习／298
15.3.1 多层卷积神经网络／298
15.3.2 深度学习的突破／298
15.4 人工神经网络的应用举例／299
15.4.1 人工神经网络影响材料计算和筛选／299
15.4.2 新型余辉材料模拟人工神经网络／299
15.4.3 日常生活中的人工神经网络／300
15.5 结论／301
15.6 附录——获奖者介绍／301
参考文献／303