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出版者:化学工业出版社

作者:李梦龙编

出品人:

页数:274

译者:

出版时间:2003-3

价格:38.0

装帧:平装

isbn号码:9787502540951

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跨学科探索：现代科学研究的基石与前沿 一部聚焦于理论物理、高能粒子对撞实验、先进材料科学以及计算化学前沿应用的深度解析著作 内容概述 本书旨在为物理学、化学、材料科学及相关工程领域的研究人员、高级学生和行业专业人士提供一个全面而深入的视角，探讨当前科学研究中最具挑战性和活力的领域。我们摒弃了基础化学反应方程式和常见有机物性质的陈述，而是将重点放在那些需要深厚理论背景和尖端实验技术支撑的前沿知识体系上。全书共分为六个主要部分，每一部分都深入剖析了一个特定的研究方向，并辅以必要的数学框架和实验验证方法。 --- 第一部分：量子场论与标准模型的深入剖析 本部分着重于超越传统量子力学的框架，探讨描述基本粒子及其相互作用的理论基础。 1.1 规范场论与自发对称性破缺 详细阐述非阿贝尔规范群（如 $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$）在描述强、弱、电磁相互作用中的核心作用。深入分析希格斯机制的数学结构，包括其在费米子和规范玻色子质量起源中的关键地位。讨论Goldstone定理在紧致对称性破缺情境下的修正与推广，并结合汤川耦合项，解释基本费米子质量的生成机制。 1.2 QCD 的非微扰效应与格点计算 重点讨论量子色动力学（QCD）在低能区域的复杂行为，特别是夸克禁闭和色荷的形成。系统介绍如何利用格点QCD（Lattice QCD）的蒙特卡洛模拟方法来精确计算强子谱、夸克-胶子等离子体的性质。剖析重组方法（Renormalization Group Flow）在处理QCD跑动耦合常数时的应用，以及如何通过特定的算符定义来消除紫外发散。 1.3 夸克-胶子等离子体的热力学与输运性质 探讨极端条件下（如宇宙早期或重离子对撞）物质形态的转变。分析利用 AdS/CFT 对偶性来计算强耦合等离子体的剪切粘滞系数与熵密度的比值 ($eta/s$)，并将其与RHIC和LHC实验观测到的数据进行比对。介绍如何利用 Keldysh-Schwinger 形式主义处理非平衡态的场论动力学。 --- 第二部分：前沿高能物理实验与探测技术 本部分聚焦于人类探索物质最基本构成的尖端实验设施及其数据分析方法。 2.1 超高能对撞机中的信号重建与背景抑制 深入探讨大型强子对撞机（LHC）中，如ATLAS和CMS等实验中，对希格斯玻色子衰变（特别是对 $H ightarrow gammagamma$ 和 $H ightarrow 4l$ 通道）的重建技术。详细介绍簇射重建（Jet Reconstruction）算法，如Anti-$k_T$ 和 Cambridge/Aachen 算法，以及碎裂函数（Fragmentation Functions）的应用。讨论贝叶斯推断在区分信号与复杂背景（如 $tar{t}$ 或 $Z/gamma^$ 产生）中的作用。 2.2 中微子物理学的长期项目：DUNE 与 Hyper-K 系统介绍下一代大型液态氩时间投影室（DUNE）和超级神冈探测器（Hyper-K）的设计原理。重点分析如何利用这些设施来测量中微子振荡参数 ($ heta_{13}, delta_{CP}$)，特别是区分中微子和反中微子振荡过程中的 CP 破坏。讨论低能中微子本底的精确剥离技术，包括宇宙射线和环境放射性对探测精度的影响。 2.3 引力波天文学的数值相对论与波形模型 本部分不涉及经典力学，而是侧重于广义相对论在极端时空背景下的应用。详细介绍双黑洞并合（BBH）和双中子星并合（BNS）的数值模拟方法，特别是利用高阶近似的爱因斯坦方程求解器（如LALSuite中的PPM或AIM方法）。分析从探测到的引力波信号（如GW170817）中反演源的参数（质量、自旋、辐射效率）的后处理技术。 --- 第三部分：拓扑材料的量子输运与电子结构 本部分转向凝聚态物理的前沿，关注那些具有奇特性质的新型电子态。 3.1 拓扑绝缘体与狄拉克/外尔半金属的能带结构 深入解析如何通过拓扑不变量（如陈数、Z2不变量）来区分传统的对称性保护的拓扑态与非平凡的拓扑态。讲解如何利用第一性原理计算（如使用VASP或Quantum Espresso）来预测和表征材料的拓扑性质，重点讨论自旋轨道耦合（SOC）在形成狄拉克锥或外尔锥中的决定性作用。 3.2 量子霍尔效应的高阶拓扑解释与分数霍尔效应 探讨非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）在分数量子霍尔效应中扮演的角色。通过详细分析分母为奇数的费米子分数填充因子的拓扑量子场论（TQFT）描述，解释如何利用边缘激发（Edge Excitations）来探测这些准粒子的非交换统计特性。 3.3 拓扑超导与马约拉纳零能模的实验寻迹 聚焦于在人工结构中寻找拓扑超导体的努力。分析半导体纳米线/超导体异质结中的Andreev 束缚态，并解释如何通过扫描隧道显微镜（STM）或微分电导测量中的零偏置峰（Zero-Bias Peak）来识别马约拉纳零能模的存在。 --- 第四部分：先进光谱学与超快动力学 本部分关注如何利用高时间分辨率和高空间分辨率的工具来“拍摄”电子和原子尺度的动态过程。 4.1 强场物理：高次谐波产生（HHG）与阿秒科学 阐述原子或分子在超强激光场（Intensity $geq 10^{14} ext{ W/cm}^2$）下的非线性响应。详细介绍三步模型（Three-Step Model）在解释高次谐波产生机制中的作用，并探讨如何利用HHG作为光源来探测电子的实时运动。讨论如何利用电子动力学成像技术（如轨道选择和最小作用量原理）来分辨不同分子轨道。 4.2 动态X射线吸收精细结构（DEXAFS）与时间分辨光电子能谱（TR-XPS） 介绍如何使用同步辐射光源产生的超快X射线脉冲来追踪化学键的断裂与形成过程。重点讲解如何通过分析扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）的动态变化来确定过渡态结构。在TR-XPS中，分析如何通过泵浦-探测方案来量化载流子弛豫、激子动力学和电荷转移速率。 --- 第五部分：计算化学的密度泛函理论（DFT）进阶 本部分超越传统的局域密度近似（LDA），探讨更精确且高效的计算方法。 5.1 交换关联泛函的迭代改进：从GGA到混合泛函 系统回顾了广义梯度近似（GGA）到元-GGA的演进。深入剖析诸如贝塔代尔（Becke-06）或梅德（Meta-GGA）泛函如何通过引入动能密度项来改善对非均匀电子云的描述。重点讨论如何将 Hartree-Fock 交换项引入 DFT 框架，形成 HSE06 或 PBE0 等混合泛函，以更准确地预测带隙和分子间相互作用（如范德华力）。 5.2 动态平均场理论（DMFT）在强关联体系中的应用 探讨 DFT 固有的局限性在处理 $d$ 或 $f$ 电子强关联体系（如过渡金属氧化物）时的表现。详细介绍动态平均场理论如何将多体问题映射到嵌入式杂质问题，并通过求解该问题（使用精确对易子或有限温格林函数法）来捕捉电子的莫特绝缘体转变和重费米子行为。 --- 第六部分：复杂系统中的信息论与拓扑数据分析 本部分跨越物理和信息科学的边界，探讨如何用高级数学工具解析大量实验数据。 6.1 复杂网络中的信息熵与涌现性 从统计物理角度审视复杂系统（如神经网络、生物分子网络）。介绍互信息（Mutual Information）和传输熵（Transfer Entropy）在识别网络中关键节点和信息流向中的应用。分析如何利用这些度量来量化系统的自组织和涌现行为，并区分因果关系和相关性。 6.2 拓扑数据分析（TDA）在特征提取中的应用 介绍持续同调（Persistent Homology）这一核心 TDA 工具。阐述如何利用拓扑特征（如连通分量、洞和空洞的数量与持久性）来描述高维实验数据的内在几何形状，从而在不依赖特定基函数的情况下，提取出比传统傅里叶或主成分分析更具鲁棒性的结构特征，应用于晶体结构分析或高维相图的分类。 --- 本书的受众应具备深入的数学物理基础，特别是扎实的群论、微分几何以及高级量子力学知识，是面向该领域顶尖研究的参考指南。

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从装帧和便携性的角度来看，《化学数据速查手册》的设计简直是教科书级别的典范。它采用了高质量的纸张，虽然数据量巨大，但整本书的厚度控制得相当不错，可以轻松放进实验外套的内袋里，或者夹在笔记本电脑包的侧袋中，重量适中，不会成为负担。我经常需要到现场进行环境监测，携带的设备已经很多，如果再多带一本沉重的参考书，那无疑是雪上加霜。这本手册解决了这个问题，它让核心的化学参考数据真正地“流动”了起来。我特别留意了它的封面和装订工艺，即便是经常被翻动和在略微潮湿的环境下使用，书页也没有出现明显的起皱或脱胶现象，显示出优秀的耐用性。这种对物理属性的重视，体现了编者对于这本书“速查”定位的深刻理解——它必须是随时待命、坚固耐用的伙伴。相比那些只能安静躺在书架上的大部头，这本书的实用价值得到了几何级的提升。

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在比较了数本同类工具书后，《化学数据速查手册》在数据校验和更新频率上的优势也开始显现出来。我注意到它在附录部分详细说明了数据引用的主要来源，并且清晰地标注了哪些数据是实验测定的，哪些是理论计算推导的，这极大地增强了读者对信息的信任感。在过去一年中，我至少两次发现它收录了最新的、被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）最新推荐的原子量或标准摩尔体积等基准数据，而我之前使用的其他手册仍停留在旧版标准上。这种积极的维护和更新工作，对于依赖精确度而非“差不多”的化学领域来说，是至关重要的。此外，它在处理复杂有机化合物的系统命名法（Nomenclature）的快速参考指南部分做得非常到位，用图表结合文字的方式解释了命名规则的层级关系，这对于处理新合成或结构复杂的化合物名称时，提供了一个极好的快速校对工具。这本书不仅仅是数据的堆砌，更是一种对科学严谨性的承诺。

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说实话，最初我对这种“速查”类型的工具书抱有一定的怀疑态度，总觉得内容可能比较浅薄，缺乏深度和权威性。然而，当我真正开始使用这本《化学数据速查手册》后，我的看法彻底改变了。它所提供的精确度远远超出了我的预期。我主要关注的是光谱学数据部分，比如核磁共振（NMR）中常见官能团的化学位移范围，以及红外光谱（IR）中特征吸收峰的精确波数值。这些数据点的准确性直接关系到化合物结构的解析。我用它核对了几个复杂分子的结构鉴定结果，发现其数据点与高分辨率质谱和单晶X射线衍射的结果高度吻合，这足以证明其数据源的可靠性。此外，它还收录了一些非常前沿的催化剂体系的活性数据摘要，这对于研究新型有机合成路线的同事们来说，无疑是一份宝贵的参考资料。这本书的价值不在于教授基础理论，而在于为那些已经掌握理论、需要解决实际工程或研究问题的专业人士提供即时的、高精度的“燃料”。它把复杂世界的复杂数据，提炼成了可直接操作的指令集，非常高效。

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手头这本《化学数据速查手册》真是帮了我大忙了，尤其是在我进行那些需要快速查阅特定常量和物理性质的实验时。这本书的排版设计非常直观，关键数据点都用粗体或者不同颜色的字体标注出来了，这对于在紧张的实验环境下快速定位信息至关重要。我记得有一次，我需要在合成反应中精确控制温度和压力参数，手边没有电脑，时间又非常紧迫，就是这本书里的热力学数据表挽救了整个实验进程。它的数据覆盖面也相当广，不仅仅是基础的元素周期表信息，还包括了大量有机物和无机物的溶解度、沸点、密度等实用信息。编纂者显然对实际应用场景有着深刻的理解，很多在教科书中需要翻阅好几页才能找到的信息，在这本书里往往只需要一页甚至半页就能搞定。我尤其欣赏它对一些常见试剂的纯度标准和储存建议的简要说明，这对于实验室安全管理同样具有参考价值。总的来说，对于任何需要频繁进行化学实验的人来说，这本书绝对是比厚重的教材更可靠、更高效的“瑞士军刀”。我把它放在实验台触手可及的地方，已经成了我工作流程中不可或缺的一部分。

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翻阅这本《化学数据速查手册》的过程中，我深刻体会到了一种“人情味”和对用户体验的关怀。市面上很多工具书的索引系统设计得极其复杂，要找一个数据简直像寻宝一样。但这本书的目录和索引设计得非常人性化，采用了多层次的交叉引用系统。比如，如果你只记得某个化合物的CAS号，可以直接定位；如果你只记得通用名称，它也提供了详尽的字母顺序排列。更让我感到惊喜的是，它并没有完全忽略一些历史性的或应用较少但仍然重要的化学物质数据。比如，对于一些经典但已不再主流的缓冲溶液体系的pH值与温度依赖性曲线的近似公式，它都做了简要的收录，这对于处理老旧文献或设备校准时极为有用。这种对细节的关注，让这本书的使用门槛大大降低，即便是刚接触化学分析的本科生也能很快上手，而资深研究员则能从中发掘出便利。它不像一本冷冰冰的数据库，更像一位经验丰富、知识渊博的导师，总能在你最需要的时候，轻描淡写地指出正确的位置。

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