Gauge Theory of Elementary Particle Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Ta-Pei Cheng

出品人:

页数:318

译者:

出版时间:2000-05-04

价格:USD 85.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780198506218

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理
• 物理&数学
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• 场论7
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• Mathematical Physics
• Renormalization
• Lagrangian Mechanics

探索基本粒子世界的奥秘：一本关于量子场论的入门指南 本书旨在为那些渴望深入理解构成宇宙最基本单元——基本粒子——的物理学家和理论家们，提供一套严谨而清晰的数学工具。我们将从量子力学的基石出发，逐步构建量子场论的宏伟框架，最终揭示支配粒子相互作用的深刻规律。 第一章：量子力学基础回顾 在踏入量子场论的奇妙世界之前，我们首先需要巩固对量子力学基本概念的理解。本章将简要回顾海森堡不确定性原理、薛定谔方程及其在描述粒子行为中的核心作用。我们将探讨波函数及其概率解释，以及算符、本征值和本征态等关键要素，为后续的场论构建奠定坚实的基础。 第二章：相对论与场的诞生 为了描述高速运动的基本粒子，狭义相对论的引入势在必行。我们将介绍洛伦兹变换、四维矢量等概念，以及如何将其融入量子力学框架。在此基础上，我们将引出“场”这一核心概念——一种遍布时空、能够传递能量和动量的物理实在。我们将从标量场和狄拉克场入手，探讨它们的拉格朗日量密度和运动方程，理解场如何描述粒子的产生和湮灭。 第三章：量子化——赋予场以粒子属性 量子场论的精髓在于“量子化”。本章将详细阐述如何将经典场论转化为量子场论，特别是正则量子化方法。我们将学习如何定义场算符，并推导出产生算符和湮灭算符，它们是描述粒子数变化的数学语言。通过对湮灭算符和产生算符进行对易关系的研究，我们将深刻理解玻色子和费米子的统计行为差异。 第四章：自由场的传播子与散射 在没有相互作用的情况下，自由场的传播子描述了粒子在时空中传播的振幅。我们将计算不同类型自由场的传播子，并理解其物理意义。在此基础上，我们将初步探讨粒子散射的过程，例如汤川相互作用理论中的概念，为理解粒子间的相互作用打下基础。 第五章：相互作用图像与微扰理论 真实世界中的粒子并非孤立存在，它们通过各种相互作用彼此影响。本章将引入相互作用图像，以及描述这些相互作用的拉格朗日量。由于直接求解相互作用的薛定谔方程极为困难，我们将采用微扰理论的方法。我们将详细讲解狄拉克绘景下的微扰展开，以及如何利用费曼图来可视化和计算散射过程的幅度。 第六章：费曼图的绘制与计算 费曼图是量子场论中最直观、最强大的计算工具之一。本章将详细介绍费曼图的规则，包括顶点、传播子和外部线代表的意义。我们将通过实例，演示如何为特定过程绘制费曼图，并计算对应的费曼振幅。从最简单的二体散射到更复杂的更高阶过程，我们将一步步掌握费曼图的精髓。 第七章：量子电动力学（QED） 量子电动力学是描述光与带电粒子（如电子、μ子）相互作用的第一个成功的量子场论。本章将专注于QED的构建，包括其拉格朗日量、相互作用顶点以及相关的费曼图。我们将深入探讨QED的预测能力，例如电子的磁矩的精确计算，以及它在理解原子能级结构中的重要作用。 第八章：重整化——处理无穷大的艺术 在计算高阶费曼图时，我们常常会遇到发散的无穷大。本章将揭示“重整化”这一革命性的技术，它使得量子场论能够给出与实验精确符合的有限预测。我们将介绍发散的来源，并阐述如何通过重新定义物理量（如质量和电荷）来消除这些无穷大，从而实现理论的自洽性。 第九章：对称性与守恒律 对称性在物理学中扮演着至关重要的角色。本章将探讨诺特定理，它揭示了连续对称性与守恒量之间的深刻联系。我们将分析各种物理对称性，例如洛伦兹对称性、规范对称性等，以及它们在粒子物理中的体现，如能量守恒、动量守恒、电荷守恒等。 第十章：杨-米尔斯理论与弱相互作用 在QED之后，物理学家们发展了更一般的规范场论，即杨-米尔斯理论。本章将介绍非阿贝尔规范场的概念，以及由它描述的强相互作用和弱相互作用。我们将初步了解QCD（量子色动力学）和EW（电弱统一理论）的基本框架，以及它们如何解释质子、中子等强子以及夸克、轻子等基本粒子的性质。 第十一章：基本粒子的标准模型 标准模型是粒子物理学迄今为止最成功的理论框架，它统一描述了电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。本章将对标准模型进行系统性的介绍，包括其夸克和轻子的谱系、规范玻色子（光子、W和Z玻色子、胶子）以及希格斯机制的引入。我们将讨论标准模型在解释各种粒子现象上的巨大成功。 第十二章：超越标准模型 尽管标准模型取得了辉煌的成就，但它仍然存在一些未解决的问题，例如暗物质、暗能量、中微子质量之谜等。本章将简要介绍一些超越标准模型的理论探索，例如超对称理论、大统一理论、弦理论等，为读者打开通往未来物理学研究的大门。 通过对本书内容的深入学习，读者将能够掌握理解和描述基本粒子世界所需的强大理论工具，为进一步探索宇宙的奥秘打下坚实的基础。

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从教学法角度来看，这本书展现出一种高度专业化的取向，它似乎是为那些已经具备扎实的高等数学（特别是微分几何和群论基础）背景的学生或研究人员量身定制的。书中对群表示论的论述，达到了教科书级别的水准，它将抽象的数学结构与物理上的粒子态、自旋等概念无缝衔接，构建了一个坚不可摧的理论框架。我发现，书中对于拓扑不变量在场论中的应用，以及对非阿贝尔规范理论的深入探讨，是其亮点所在。这些内容往往是入门级教材所回避或一带而过的部分，但它们却是理解标准模型背后深刻结构的钥匙。对我个人而言，阅读这本书更像是一次智力上的“攀登”，每攻克一章，都能带来豁然开朗的成就感，因为它提供的洞察力是无可替代的，具有极强的穿透力。

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这本书的篇幅令人望而生畏，它并非那种可以轻松翻阅的“周末读物”。它更像是图书馆中被置于高处的参考书，只有在真正需要深入探究某个特定数学或理论基础时，才会将其请下神坛。书中引用的参考文献列表详尽而权威，显示出作者深厚的学术积累。我特别留意到，作者在处理费米子与规范场的耦合时，所采用的规范不变性论证方式非常细致入微，这对于理解电弱统一理论中的手性（chirality）概念至关重要。不过，对于那些更关注量子场论与引力统一前景的读者来说，这本书可能在某些前沿话题上略显保守，它的焦点明显集中在粒子物理标准模型的精细结构上。总而言之，这是一部需要时间、专注和强大数学背景来“消化”的巨著，其深度和广度足以支撑多年的学习和参考。

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这本书的叙事风格极其克制且富有逻辑性，它仿佛是一位经验丰富的大师，以一种近乎冷峻的精确性，引导读者穿梭于粒子物理学的复杂迷宫。我尤其欣赏作者在引入新概念时所采取的渐进式策略。他不会在开篇就抛出令人望而生畏的庞大理论框架，而是从最基础的对称性原理出发，逐步构建起整个粒子物理学的现代图景。这种“积木式”的构建方式，使得复杂的量子场论概念，如狄拉克方程的相对论性处理，以及更深层次的规范群结构，都变得有迹可循。当然，这种详尽的推导过程，虽然保证了理论的完备性，但也意味着阅读过程需要极大的耐心和专注力。我发现自己时常需要停下来，在草稿纸上重新演算一遍关键步骤，以确保自己完全掌握了从一个定理到下一个结论的飞跃。这与其说是一本阅读材料，不如说是一部需要“动手操作”的智力工具。

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这本书的价值，我认为很大程度上体现在其对历史背景和物理直觉的巧妙平衡上。虽然主体内容专注于严密的数学形式，但作者偶尔会穿插一些对理论发展历程的简短回顾，这对于理解为何特定的数学工具被选中至关重要。例如，在讨论弱相互作用的规范理论时，作者不仅给出了数学描述，还暗示了杨-米尔斯理论在解决电荷中和性问题上的历史性突破。这种处理方式有效地避免了理论被“抽空”，使读者能够将冷冰冰的方程与实际的物理洞察联系起来。然而，对于希望快速掌握粒子物理实验现象的读者来说，这本书可能显得过于“理论化”了。它更像是一本深挖地基的工程手册，而非展示宏伟建筑外观的画册。想要将这些理论应用于具体的实验数据分析，读者可能还需要参考补充性的应用导向型文献。

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这本书的装帧设计颇具匠心，封面采用了一种低饱和度的深蓝色调，中央印着一个简洁却意味深长的符号，仿佛是某种高维空间的投影。我拿到它的时候，首先感受到的是纸张的质感——厚实且略带粗粝，让人联想到经典教科书的沉稳。内页的排版清晰明了，字体选择了一种优雅的衬线体，阅读体验非常舒适，即便长时间沉浸其中，眼睛的疲劳感也相对较轻。在阅读初期，我花了些时间适应其行文的节奏，作者似乎更倾向于通过严谨的数学推导来构建物理图像，而不是依赖大量的直观类比。对于初学者来说，这可能是一个不小的挑战，需要扎实的预备知识作为支撑。但对于有一定基础的读者而言，这种深度和精确度恰恰是可贵的，它迫使你真正去理解背后的数学结构，而不是仅仅停留在公式的表层。特别是关于规范场论基础部分的论述，逻辑链条环环相扣，步步深入，将抽象的概念层层剥开，展现出其内在的和谐与美感。

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