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出版者:中国农业出版社

作者:刘连福

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:18.80元

装帧:平装

isbn号码:9787109106482

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现代粒子物理学导论 作者： 钱德拉·塞卡尔 出版社： 环球科学出版社 出版日期： 2023年10月 定价： 188.00 元 --- 内容提要 《现代粒子物理学导论》旨在为具有坚实微积分和基础物理学背景的学生及研究人员，提供一个全面而深入的现代粒子物理学图景。本书内容涵盖了从描述物质基本构成的标准模型（Standard Model, SM）的理论框架，到当前实验探索的前沿领域，重点突出理论与实验的紧密结合。 全书共分为六大部分，二十章，结构清晰，逻辑严谨，力求在保持数学严谨性的同时，兼顾物理图像的直观性。 --- 第一部分：基本概念与相对论基础（第1-3章） 第1章：物理学的尺度与基本问题 本章首先回顾了经典物理学的局限性，引出微观世界需要量子力学来描述的必要性。讨论了电磁学、引大力学在描述微观粒子时的不足。引入了物理学中常用的能量与尺度单位，如电子伏特（eV）及其倍数。重点阐述了粒子物理学的核心目标：寻找构成宇宙的基本单元及其相互作用的规律。 第2章：狭义相对论回顾与四维时空 对狭义相对论进行系统的回顾，但侧重点在于为粒子物理学奠定数学基础。详细介绍了洛伦兹变换（Lorentz Transformations）在四维时空（闵可夫斯基空间）中的表示，包括四维动量、四维能量-动量矢量。讨论了如何使用四维矢量来处理高能粒子碰撞中的能量和动量守恒问题，如质心系（Center-of-Mass Frame）的计算。 第3章：经典场论与规范不变性初探 引入场（Field）的概念作为描述物理实在的基本媒介。从经典电磁场回顾出发，引入了拉格朗日密度（Lagrangian Density）和哈密顿量（Hamiltonian）的框架。初步讨论了规范不变性（Gauge Invariance）在经典电磁学中的体现，预示了这种对称性在量子场论中的核心地位。 --- 第二部分：量子力学与量子场论的构建（第4-7章） 第4章：相对论性量子力学 本章是连接非相对论量子力学与量子场论的关键桥梁。详细推导并分析了克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）和狄拉克方程（Dirac Equation）。重点分析了狄拉克方程成功解释了自旋（Spin）的自然出现，并预言了反物质（Antimatter）的存在性，如正电子。讨论了旋量（Spinors）的数学结构。 第5章：量子场论导论：从粒子到场 系统地介绍了从量子力学到量子场论（Quantum Field Theory, QFT）的“第二次量子化”过程。阐述了如何将粒子视为场激发（Field Excitations），并使用产生算符（Creation Operators）和湮灭算符（Annihilation Operators）来描述粒子的产生和消失。讨论了真空态的定义及其物理意义。 第6章：相互作用的描述：费曼图与微扰论 引入费曼图（Feynman Diagrams）作为计算粒子间相互作用概率的强大工具。详细讲解了费曼规则（Feynman Rules）的构建过程，基于散射矩阵（S-Matrix）的微扰展开。通过简单的例子，如电子-电子散射，演示如何计算截面（Cross-Section）和衰变宽度（Decay Width）。 第7章：基本相互作用的量子场论（QED） 重点构建量子电动力学（Quantum Electrodynamics, QED）。从规范理论的视角出发，详细阐述了光子（Photon）作为规范玻色子（Gauge Boson）的出现。讨论了QED中的自能修正、真空极化等一阶修正，并解释了兰姆位移（Lamb Shift）和反常磁矩（Anomalous Magnetic Moment）的理论解释。 --- 第三部分：夸克、轻子与标准模型（第8-12章） 第8章：强相互作用与量子色动力学（QCD）基础 引入强相互作用的载体——胶子（Gluon）。介绍了色彩荷（Color Charge）的概念，以及SU(3)规范群在强相互作用中的应用。深入分析了渐近自由（Asymptotic Freedom）的现象，解释了高能对撞中夸克表现为自由粒子的原因。 第9章：夸克和强子的结构 系统介绍夸克（Quarks）的六种味（Up, Down, Strange, Charm, Bottom, Top）和三种色荷。详细讨论了强子（Hadrons）的分类，包括重子（Baryons）和介子（Mesons），以及它们如何由夸克组成（三色组合原理）。 第10章：弱相互作用与宇称不守恒 阐述弱相互作用（Weak Interaction）的特点：比电磁力和强力弱得多，并且具有短程效应。详细介绍了W和Z玻色子作为弱相互作用的媒介。重点讲解了宇称（Parity, P）在弱相互作用中被破坏的实验证据，以及CP破坏的初步讨论。 第11章：标准模型：电弱统一 这是本书的核心理论章节。详细描述了电弱理论（Electroweak Theory），即SU(2) x U(1)规范群的构建。通过希格斯机制（Higgs Mechanism），解释了W和Z玻色子以及费米子如何获得质量，而规范玻色子保持规范不变性。推导出标准模型的基本拉格朗日量。 第12章：标准模型的检验与成功 总结标准模型自1970年代确立以来，在实验上取得的辉煌成就，包括中微子振荡（虽然标准模型本身需要修正才能完全解释）、W和Z玻色子的精确测量、顶夸克（Top Quark）的发现等。 --- 第四部分：希格斯粒子与超出标准模型（第13-16章） 第13章：希格斯机制的细节与发现 深入探讨希格斯场的性质、自发对称性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking, SSB）的机制。详细分析了对希格斯玻色子（Higgs Boson）的理论预测，包括其衰变模式和产生截面。回顾了大型强子对撞机（LHC）发现希格斯粒子的历史过程及其性质的初步测量。 第14章：中微子物理学：一个标准模型的遗憾 讨论标准模型预测中微子应为零质量粒子，但实验发现中微子存在质量并发生中微子振荡现象。详细解释了中微子振荡的数学形式，以及由此引出的几种可能的超出标准模型的理论情景（如跷跷板机制）。 第15章：重子数和轻子数守恒的挑战 讨论了标准模型中保守的量（如重子数B和轻子数L）在特定高能理论中的潜在破坏，如大统一理论（GUTs）中预言的质子衰变。 第16章：超越标准模型（BSM）的动机与景观 系统讨论了标准模型未解决的关键问题：暗物质（Dark Matter）的本质、暗能量、引力的量子化问题、层次结构问题（Hierarchy Problem）以及电荷的量子化等。简要介绍超对称性（Supersymmetry, SUSY）和额外维度等主要的BSM理论框架。 --- 第五部分：实验技术与粒子探测（第17-18章） 第17章：粒子加速器与束流控制 介绍现代粒子物理实验的基础设施。详细描述了不同类型的加速器（如同步加速器、对撞机）的工作原理，以及如何实现粒子束流的高能和高亮度。 第18章：粒子探测器的工作原理 全面介绍现代粒子探测器的主要组成部分：轨迹探测器、量能器（电磁和强子量能器）和缪子系统。解释了如何利用这些探测器记录粒子的电荷、能量、动量和身份信息。 --- 第六部分：宇宙学中的粒子物理学（第19-20章） 第19章：早期宇宙与暴胀模型 将粒子物理学与宇宙学联系起来。讨论了宇宙大爆炸模型中与高能物理相关的阶段，如夸克-胶子等离子体的形成。简要介绍暴胀（Inflation）理论如何解决视界问题和平坦性问题，并探讨了暴胀场如何成为潜在的暗物质或暗能量来源。 第20章：暗物质与暗能量的粒子物理学解释 详细探讨当前寻找暗物质的实验进展（直接探测、间接探测和产生探测）。分析了WIMPs（弱相互作用重粒子）作为暗物质候选者的理论吸引力。讨论了暗能量的本质，以及它是否可能源于量子场论中的真空能（宇宙学常数问题）。 --- 附录 附录A： 群论基础（SU(N)群的性质与表示） 附录B： 张量分析与狄拉克代数 附录C： 标准模型精确计算的最新数据表 --- 本书特色 1. 理论与实验的深度融合： 每一章的理论推导都紧密联系最新的实验结果，使读者理解理论预测如何被验证或挑战。 2. 严格的数学推导： 提供了从QFT基础到规范理论构建的完整数学路径，适合希望深入研究的读者。 3. 面向前沿： 不仅涵盖了标准模型，更花了大量篇幅讨论了超越标准模型的前沿课题，如中微子质量、暗物质和宇宙学联系。 4. 丰富的图示和算例： 包含大量清晰的费曼图示例和具体数值计算，帮助读者掌握实际问题求解技巧。 目标读者： 物理学、核工程、理论物理专业高年级本科生、研究生，以及希望全面了解现代粒子物理学进展的科研人员。

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