Relativistic Heavy Ion Physics

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出版者:World Scientific Pub Co Inc
作者:J. Bartke
出品人:
頁數:240
译者:
出版時間:2008-12
價格:$ 82.00
裝幀:HRD
isbn號碼:9789810212315
叢書系列:
圖書標籤:
  • Relativistic Heavy Ion Collisions
  • Heavy Ion Physics
  • Quantum Chromodynamics
  • Nuclear Physics
  • High Energy Physics
  • Particle Physics
  • Relativistic Physics
  • Plasma Physics
  • Strong Interaction
  • Hadron Physics
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具體描述

This book attempts to cover the fascinating field of physics of relativistic heavy ions, mainly from the experimentalist's point of view. After the introductory chapter on quantum chromodynamics, basic properties of atomic nuclei, sources of relativistic nuclei, and typical detector set-ups are described in three subsequent chapters. Experimental facts on collisions of relativistic heavy ions are systematically presented in 15 consecutive chapters, starting from the simplest features like cross sections, multiplicities, and spectra of secondary particles and going to more involved characteristics like correlations, various relatively rare processes, and newly discovered features: collective flow, high pT suppression and jet quenching. Some entirely new topics are included, such as the difference between neutron and proton radii in nuclei, heavy hypernuclei, and electromagnetic effects on secondary particle spectra.

Phenomenological approaches and related simple models are discussed in parallel with the presentation of experimental data. Near the end of the book, recent ideas about the new state of matter created in collisions of ultrarelativistic nuclei are discussed. In the final chapter, some predictions are given for nuclear collisions in the Large Hadron Collider (LHC), now in construction at the site of the European Organization for Nuclear Research (CERN), Geneva. Finally, the appendix gives us basic notions of relativistic kinematics, and lists the main international conferences related to this field. A concise reference book on physics of relativistic heavy ions, it shows the present status of this field.

Contents:Quantum Chromodynamics and the Phase Transition in Strongly Interacting Matter; Basic Properties of Atomic Nuclei; Sources of Relativistic and Ultrarelativistic Nuclei; Detection Techniques; Cross Sections and Collision Geometry; Fragmentation Processes; Multiplicities and Relative Abundances of Secondary Particles; Longitudinal Distributions of Secondary Particles; Transverse Spectra of Secondary Particles; Electromagnetic Effects on Charged Meson Spectra; Production of Strangeness and Heavy Flavours; Emission of Light Nuclei, Antinuclei, and Hypernuclei; Hadronic Femtoscopy; Collective Flow; Charmonium Suppression; Puzzle in Di-Lepton Mass Spectrum; Direct Photons; High Transverse Momenta; Production and Absorption of Jets; More About Quark-Gluon Plasma; Predictions for the Large Hadron Collider; Relativistic Kinematics.

量子場論基礎與標準模型 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的量子場論(Quantum Field Theory, QFT)入門,並以此為基礎,詳細闡述粒子物理學的標準模型(Standard Model, SM)。本書的受眾對象是具備紮實經典場論和初步量子力學基礎的研究生和高年級本科生,尤其適閤計劃深入研究粒子物理學、凝聚態物理或理論物理其他前沿領域的讀者。 第一部分:量子場論的數學與物理基礎 本書從最基本的拉格朗日量形式齣發,係統地構建量子場的概念。我們將迴顧經典場論的變分原理和諾特定理,強調守恒量與對稱性的深刻聯係。 第1章:經典場論迴顧與路徑積分的引入 本章首先復習狹義相對論下的經典場方程,如Klein-Gordon方程和Dirac方程,並從拉格朗日密度齣發推導這些方程。隨後,重點引入費曼路徑積分錶述。我們將展示路徑積分如何成為連接經典物理與量子理論的橋梁,並探討其在計算散射振幅和關聯函數中的核心地位。對於玻色子和費米子場,路徑積分的構造存在本質差異,本章將詳細討論如何處理費米子場(通過Grassmann變量)。 第2章:正則對易關係與量子化 本章轉嚮正規有序化(Canonical Quantization)方法。我們詳細推導自由標量場和自由費米子場的對易關係和反對易關係,並據此構建粒子的産生算符和湮滅算符。通過這些算符,我們將物理圖像從連續的場量轉化為離散的粒子激發態,明確“粒子”在量子場論中的定義。能量本徵值(哈密頓量)的對角化將用於定義真空態。本章還會對量子電動力學(QED)中的自由光子場進行量子化。 第3章:相互作用繪景、微擾論與散射矩陣 引入相互作用項後,場方程的解析求解變得極其睏難。本章的核心是微擾論。我們將詳細介紹Dyson級數展開,並導齣S矩陣(散射矩陣)。S矩陣的元素給齣瞭描述粒子間相互作用的概率幅。隨後,我們將轉嚮Feynman圖,這是進行微擾計算的強大圖形化工具。每一條綫、每一個頂點都對應著一個明確的數學錶達式,我們係統地展示如何使用Feynman規則計算簡單的相互作用過程,例如電子-電子的布拉貝特散射(Bhabha散射)。 第4章:關聯函數與格林函數 關聯函數是量子場論中描述係統時空演化的核心對象。本章著重討論n點關聯函數(n-point Green's functions)的定義和物理意義。我們將展示如何利用路徑積分或對易關係計算這些函數,並闡明它們與散射截麵的關係(LSZ約化公式)。格林函數在研究因果律和傳播子方麵的重要性將被強調。 第5章:重整化——處理無窮大 這是量子場論中最具挑戰性也最深刻的部分之一。在計算高階Feynman圖時,不可避免地會齣現紫外(UV)無窮大。本章將深入探討發散的來源,並係統介紹重整化方法。我們將詳細解釋如何通過“正則化”(如維度正則化)來處理這些無窮大,並定義“裸”參數與“物理”參數。重整化群(Renormalization Group, RG)的概念將被引入,展示物理定律如何隨能量尺度變化,這是理解漸近自由和強耦閤等現象的關鍵。 第二部分:規範場論與標準模型 在紮實的QFT基礎上,本部分將焦點轉嚮描述基本相互作用的規範理論。 第6章:局域規範不變性與楊-米爾斯理論 本章從Abelian規範理論(QED)的成功經驗齣發,推廣到非Abelian規範理論——楊-米爾斯(Yang-Mills, YM)理論。我們將展示如何通過要求拉格朗日量在局域變換下保持不變,自然地引入無質量的規範玻色子(如膠子)。我們將詳細推導YM理論的場強張量及其非綫性耦閤項,解釋自相互作用的物理根源。 第7章:自發對稱性破缺與希格斯機製 標準模型中,傳遞弱相互作用的W和Z玻色子具有質量,但規範不變性要求規範玻色子必須無質量。本章解決這一核心矛盾。首先,介紹Goldstone定理在包含規範對稱性時的修正(即希格斯機製)。隨後,我們構造標準模型中的希格斯場,展示如何通過自發對稱性破缺(SSB)為W和Z玻色子賦予質量,同時保持理論的規範不變性。 第8章:標準模型的構建與唯象學 本章將前述理論工具整閤,構建完整的粒子物理學標準模型:SU(3)c × SU(2)L × U(1)Y 量子場論。我們將詳細討論誇剋和輕子的描述(包括手性味的概念),規範玻色子($gamma, W^pm, Z^0, g$)的規範群結構,以及費米子如何通過Yukawa耦閤獲得質量。本章還將涵蓋標準模型的關鍵檢驗,例如$R$比率的計算、$sin^2 heta_W$的測量,以及費米子扇區中CP破壞的數學來源(Kobayashi-Maskawa矩陣)。 第9章:漸近自由與色動力學 重點聚焦強相互作用(QCD)。本章將展示QCD中誇剋和膠子的Yang-Mills理論性質。通過重整化群方程,我們將導齣$eta$函數的精確形式,證明QCD具有漸近自由的特性——在高能下耦閤常數變弱,使得微擾論有效。同時,本章也會討論低能下誇剋禁閉的現象及其理論框架的挑戰。 第10章:標準模型的局限性與未來展望 在成功描述所有已觀測到的基本粒子和相互作用後,本章探討標準模型無法解釋的物理現象:引力的量子化、暗物質和暗能量的存在、中微子質量的微小但非零值、以及層級問題(Hierarchy Problem)。這將引導讀者思考超越標準模型的理論,如超對稱性(SUSY)、大統一理論(GUTs)和弦理論的初步概念,為後續深入研究奠定方嚮。 全書的敘述風格力求嚴謹、邏輯清晰,並在關鍵概念處提供詳盡的物理圖像解釋。習題部分旨在鞏固讀者對數學推導的掌握和對物理概念的理解。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

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讀完這本書的章節後,我最大的感受是其內容的密度令人窒息,需要反復咀嚼纔能消化其中蘊含的深層物理圖像。特彆是關於強相互作用理論在高溫高密狀態下的非微擾性質探討,作者似乎用瞭大量筆墨去闡述如何用格點QCD等計算工具來模擬這些極端條件下的物質行為。我嘗試對照著幾篇最新的高能物理期刊論文來交叉驗證其中的一些模型參數和預測結果,發現本書的敘述既嚴謹又具有前瞻性。書中的圖錶質量非常高,很多關鍵的截麵圖和能譜分布圖,配以翔實的注釋,極大地幫助瞭對抽象概念的具象化理解。然而,對於初學者來說,某些數學推導過程的跳躍性略大,可能需要讀者具備紮實的量子場論基礎纔能流暢跟進。總的來說,它更像是一本教科書與研究手冊的混閤體,旨在係統性地構建一個關於重離子物理學的知識體係框架,其深度和廣度都遠超一般的科普讀物。

评分☆☆☆☆☆

從排版和裝幀上來看,這本書顯然是為嚴肅的研究人員準備的,紙張的質量很好,保證瞭復雜公式和精細插圖的清晰度。我特彆留意瞭關於粒子産生和演化模擬部分的內容,作者詳細介紹瞭濛特卡洛方法在重離子碰撞模擬中的應用,並討論瞭不同物理過程(如粘滯性、傳熱)對最終産物譜綫的影響。這種對計算方法的深入剖析,對於希望從事理論建模的後輩來說,具有極高的參考價值。它不是那種讀起來輕鬆愉快的書,它需要你投入時間去演算、去思考,去質疑書中給齣的每一個結論。這本書的價值在於它提供瞭一個看待重離子物理學的權威視角,幫助讀者建立起一套嚴密的分析工具箱,應對未來更復雜、更高精度的數據挑戰。讀完後,感覺自己的研究視野被極大地拓寬瞭,對於如何設計下一步的實驗或理論計算,都有瞭更清晰的路綫圖。

评分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗是相當“硬核”的,它毫不留情地展現瞭現代物理學研究的復雜性和挑戰性。我個人對其中關於核物質方程狀態(EoS)的討論最為著迷,作者對比瞭不同模型對相變的預測,並結閤最新的實驗觀測數據進行瞭細緻的比較和評價。這種平衡瞭理論假設與實驗驗證的寫作風格,使人相信作者對該領域的掌握是全方位的。在組織結構上,本書的邏輯鏈條非常清晰,從基礎的相對論運動學齣發,逐步過渡到碰撞幾何、輻射機製,最後落腳到誇剋物質的探測和性質推斷。這使得即便是跨越多個領域的讀者,也能循著作者精心鋪設的路徑,逐步進入核心議題。唯一的“美中不足”可能在於某些章節的參考文獻更新速度似乎略慢於瞬息萬變的實驗前沿,但瑕不掩瑜,它提供的理論基石依然是穩固可靠的。

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這本書的封麵設計非常引人注目,那種深邃的藍色調和復雜的圖錶給人一種高深莫測的感覺,仿佛一下子就把你帶入瞭那個充滿奇跡與挑戰的微觀世界。我花瞭大量時間去研究其中的一些核心概念,特彆是關於等離子體和誇剋-膠子等離子體形成過程的論述,感覺作者在梳理曆史脈絡和前沿突破方麵做得相當到位。書中對實驗裝置的描述,例如重離子對撞機的復雜構造和數據采集係統的精妙設計,簡直是一場工程學的盛宴。我特彆欣賞作者沒有迴避那些尚未完全解決的理論難題,而是坦誠地展示瞭當前物理學界正在努力的方嚮和麵臨的瓶頸。每一次翻閱,都能感受到作者深厚的專業積纍和對這門學科的熱情,那種沉浸在粒子碰撞火花中的興奮感,即便是通過文字也能清晰地傳達齣來。這本書無疑是為那些已經對粒子物理學有一定基礎的讀者量身定做的,它不是一本入門讀物,而更像是一份詳盡的、充滿洞察力的研究指南,引導你深入理解極端物質的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格帶著一種獨特的學術氣息,精準、冷靜,幾乎沒有多餘的修飾詞,所有的篇幅都專注於傳達信息和論證觀點。我尤其欣賞作者在解釋諸如集體流(Flow)現象時所采用的類比和示意圖,那些復雜的流體力學描述被巧妙地簡化,使得相對論性的流體動力學方程不再顯得那麼高不可攀。此外,書中對“自由度退耦閤”這一核心概念的闡述,可謂是教科書級彆的典範——它既追溯瞭理論的起源,也展示瞭其在不同實驗能量標度下的適用性邊界。閱讀此書的過程,更像是與一位經驗豐富的導師進行深度對話,他會耐心地為你揭示現象背後的物理機製,而不是簡單地羅列公式。它要求讀者全神貫注,因為任何一個疏忽都可能導緻對後續復雜物理場景理解上的偏差。

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