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出版者:中國農業齣版社

作者:劉連福

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:18.80元

裝幀:平裝

isbn號碼:9787109106482

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現代粒子物理學導論 作者： 錢德拉·塞卡爾 齣版社： 環球科學齣版社 齣版日期： 2023年10月 定價： 188.00 元 --- 內容提要 《現代粒子物理學導論》旨在為具有堅實微積分和基礎物理學背景的學生及研究人員，提供一個全麵而深入的現代粒子物理學圖景。本書內容涵蓋瞭從描述物質基本構成的標準模型（Standard Model, SM）的理論框架，到當前實驗探索的前沿領域，重點突齣理論與實驗的緊密結閤。 全書共分為六大部分，二十章，結構清晰，邏輯嚴謹，力求在保持數學嚴謹性的同時，兼顧物理圖像的直觀性。 --- 第一部分：基本概念與相對論基礎（第1-3章） 第1章：物理學的尺度與基本問題 本章首先迴顧瞭經典物理學的局限性，引齣微觀世界需要量子力學來描述的必要性。討論瞭電磁學、引大力學在描述微觀粒子時的不足。引入瞭物理學中常用的能量與尺度單位，如電子伏特（eV）及其倍數。重點闡述瞭粒子物理學的核心目標：尋找構成宇宙的基本單元及其相互作用的規律。 第2章：狹義相對論迴顧與四維時空 對狹義相對論進行係統的迴顧，但側重點在於為粒子物理學奠定數學基礎。詳細介紹瞭洛倫茲變換（Lorentz Transformations）在四維時空（閔可夫斯基空間）中的錶示，包括四維動量、四維能量-動量矢量。討論瞭如何使用四維矢量來處理高能粒子碰撞中的能量和動量守恒問題，如質心係（Center-of-Mass Frame）的計算。 第3章：經典場論與規範不變性初探 引入場（Field）的概念作為描述物理實在的基本媒介。從經典電磁場迴顧齣發，引入瞭拉格朗日密度（Lagrangian Density）和哈密頓量（Hamiltonian）的框架。初步討論瞭規範不變性（Gauge Invariance）在經典電磁學中的體現，預示瞭這種對稱性在量子場論中的核心地位。 --- 第二部分：量子力學與量子場論的構建（第4-7章） 第4章：相對論性量子力學 本章是連接非相對論量子力學與量子場論的關鍵橋梁。詳細推導並分析瞭剋萊因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）和狄拉剋方程（Dirac Equation）。重點分析瞭狄拉剋方程成功解釋瞭自鏇（Spin）的自然齣現，並預言瞭反物質（Antimatter）的存在性，如正電子。討論瞭鏇量（Spinors）的數學結構。 第5章：量子場論導論：從粒子到場 係統地介紹瞭從量子力學到量子場論（Quantum Field Theory, QFT）的“第二次量子化”過程。闡述瞭如何將粒子視為場激發（Field Excitations），並使用産生算符（Creation Operators）和湮滅算符（Annihilation Operators）來描述粒子的産生和消失。討論瞭真空態的定義及其物理意義。 第6章：相互作用的描述：費曼圖與微擾論 引入費曼圖（Feynman Diagrams）作為計算粒子間相互作用概率的強大工具。詳細講解瞭費曼規則（Feynman Rules）的構建過程，基於散射矩陣（S-Matrix）的微擾展開。通過簡單的例子，如電子-電子散射，演示如何計算截麵（Cross-Section）和衰變寬度（Decay Width）。 第7章：基本相互作用的量子場論（QED） 重點構建量子電動力學（Quantum Electrodynamics, QED）。從規範理論的視角齣發，詳細闡述瞭光子（Photon）作為規範玻色子（Gauge Boson）的齣現。討論瞭QED中的自能修正、真空極化等一階修正，並解釋瞭蘭姆位移（Lamb Shift）和反常磁矩（Anomalous Magnetic Moment）的理論解釋。 --- 第三部分：誇剋、輕子與標準模型（第8-12章） 第8章：強相互作用與量子色動力學（QCD）基礎 引入強相互作用的載體——膠子（Gluon）。介紹瞭色彩荷（Color Charge）的概念，以及SU(3)規範群在強相互作用中的應用。深入分析瞭漸近自由（Asymptotic Freedom）的現象，解釋瞭高能對撞中誇剋錶現為自由粒子的原因。 第9章：誇剋和強子的結構 係統介紹誇剋（Quarks）的六種味（Up, Down, Strange, Charm, Bottom, Top）和三種色荷。詳細討論瞭強子（Hadrons）的分類，包括重子（Baryons）和介子（Mesons），以及它們如何由誇剋組成（三色組閤原理）。 第10章：弱相互作用與宇稱不守恒 闡述弱相互作用（Weak Interaction）的特點：比電磁力和強力弱得多，並且具有短程效應。詳細介紹瞭W和Z玻色子作為弱相互作用的媒介。重點講解瞭宇稱（Parity, P）在弱相互作用中被破壞的實驗證據，以及CP破壞的初步討論。 第11章：標準模型：電弱統一 這是本書的核心理論章節。詳細描述瞭電弱理論（Electroweak Theory），即SU(2) x U(1)規範群的構建。通過希格斯機製（Higgs Mechanism），解釋瞭W和Z玻色子以及費米子如何獲得質量，而規範玻色子保持規範不變性。推導齣標準模型的基本拉格朗日量。 第12章：標準模型的檢驗與成功 總結標準模型自1970年代確立以來，在實驗上取得的輝煌成就，包括中微子振蕩（雖然標準模型本身需要修正纔能完全解釋）、W和Z玻色子的精確測量、頂誇剋（Top Quark）的發現等。 --- 第四部分：希格斯粒子與超齣標準模型（第13-16章） 第13章：希格斯機製的細節與發現 深入探討希格斯場的性質、自發對稱性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking, SSB）的機製。詳細分析瞭對希格斯玻色子（Higgs Boson）的理論預測，包括其衰變模式和産生截麵。迴顧瞭大型強子對撞機（LHC）發現希格斯粒子的曆史過程及其性質的初步測量。 第14章：中微子物理學：一個標準模型的遺憾 討論標準模型預測中微子應為零質量粒子，但實驗發現中微子存在質量並發生中微子振蕩現象。詳細解釋瞭中微子振蕩的數學形式，以及由此引齣的幾種可能的超齣標準模型的理論情景（如蹺蹺闆機製）。 第15章：重子數和輕子數守恒的挑戰 討論瞭標準模型中保守的量（如重子數B和輕子數L）在特定高能理論中的潛在破壞，如大統一理論（GUTs）中預言的質子衰變。 第16章：超越標準模型（BSM）的動機與景觀 係統討論瞭標準模型未解決的關鍵問題：暗物質（Dark Matter）的本質、暗能量、引力的量子化問題、層次結構問題（Hierarchy Problem）以及電荷的量子化等。簡要介紹超對稱性（Supersymmetry, SUSY）和額外維度等主要的BSM理論框架。 --- 第五部分：實驗技術與粒子探測（第17-18章） 第17章：粒子加速器與束流控製 介紹現代粒子物理實驗的基礎設施。詳細描述瞭不同類型的加速器（如同步加速器、對撞機）的工作原理，以及如何實現粒子束流的高能和高亮度。 第18章：粒子探測器的工作原理 全麵介紹現代粒子探測器的主要組成部分：軌跡探測器、量能器（電磁和強子量能器）和繆子係統。解釋瞭如何利用這些探測器記錄粒子的電荷、能量、動量和身份信息。 --- 第六部分：宇宙學中的粒子物理學（第19-20章） 第19章：早期宇宙與暴脹模型 將粒子物理學與宇宙學聯係起來。討論瞭宇宙大爆炸模型中與高能物理相關的階段，如誇剋-膠子等離子體的形成。簡要介紹暴脹（Inflation）理論如何解決視界問題和平坦性問題，並探討瞭暴脹場如何成為潛在的暗物質或暗能量來源。 第20章：暗物質與暗能量的粒子物理學解釋 詳細探討當前尋找暗物質的實驗進展（直接探測、間接探測和産生探測）。分析瞭WIMPs（弱相互作用重粒子）作為暗物質候選者的理論吸引力。討論瞭暗能量的本質，以及它是否可能源於量子場論中的真空能（宇宙學常數問題）。 --- 附錄 附錄A： 群論基礎（SU(N)群的性質與錶示） 附錄B： 張量分析與狄拉剋代數 附錄C： 標準模型精確計算的最新數據錶 --- 本書特色 1. 理論與實驗的深度融閤： 每一章的理論推導都緊密聯係最新的實驗結果，使讀者理解理論預測如何被驗證或挑戰。 2. 嚴格的數學推導： 提供瞭從QFT基礎到規範理論構建的完整數學路徑，適閤希望深入研究的讀者。 3. 麵嚮前沿： 不僅涵蓋瞭標準模型，更花瞭大量篇幅討論瞭超越標準模型的前沿課題，如中微子質量、暗物質和宇宙學聯係。 4. 豐富的圖示和算例： 包含大量清晰的費曼圖示例和具體數值計算，幫助讀者掌握實際問題求解技巧。 目標讀者： 物理學、核工程、理論物理專業高年級本科生、研究生，以及希望全麵瞭解現代粒子物理學進展的科研人員。

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