Problems and Solutions on Atomic, Nuclear and Particle Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Lim, Yung-Kuo (EDT)

出品人:

页数:717

译者:

出版时间:2000-12

价格:420.00元

装帧:Pap

isbn号码:9789810239183

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凝聚态物理前沿：从拓扑绝缘体到量子引力 本书旨在深入探讨凝聚态物理领域中一系列具有前沿性和挑战性的研究方向，重点关注物质在极端条件和特殊结构下所展现出的奇异量子现象。它不涉及原子、核或粒子物理的传统范畴，而是聚焦于宏观尺度上大量粒子集体行为所催生的新颖物理态及其潜在应用。 第一部分：拓扑物质的几何与代数结构 本部分将对当前凝聚态物理中最活跃的分支——拓扑材料进行系统性的梳理和深入的分析。我们将从数学物理的视角，探讨拓扑不变量如何精确地描述和区分不同的量子物态。 1.1 拓扑绝缘体与半金属的分类与能带反演 我们首先回顾布洛赫定理在周期性晶格中的应用，并引入拓扑不变量的概念，如Chern数和$mathbb{Z}_2$不变量。书中将详细推导和阐释如何利用晶格对称性（如时间反演对称性、晶格平移对称性）对材料进行分类。讨论的重点将放在二维和三维拓扑绝缘体（TIs）中受保护的狄拉克表面态的起源，特别是关注伍尔夫（ بودن-Wu-Kane）模型和贝里曲率在描述这些表面态导电性中的作用。此外，还将深入探讨拓扑半金属，如狄拉克半金属和外尔半金属，它们在费米面附近表现出的线性色散关系，以及由晶体结构中九章（Nodal line）或结点（Nodal point）构成的拓扑结构。 1.2 拓扑超导与马约拉纳费米子 在本章，我们将超越传统的BCS理论，研究由拓扑性质保护的超导态。重点在于拓扑超导体的分类，及其在零偏压下预言的边缘态——马约拉纳费米子（Majorana Fermions）。我们将详细分析通过p波超导体或拓扑绝缘体/铁磁体异质结构实现准粒子激发（Majorana Zero Modes）的可能性。讨论将侧重于如何利用非阿贝尔统计来理解这些准粒子在编织操作下的行为，这为拓扑量子计算提供了可能的物理实现路径。 1.3 拓扑量子场论在凝聚态中的映射 我们将引入拓扑量子场论（TQFT）的数学工具，用以描述长程关联的凝聚态系统。具体将探讨如何利用Chern-Simons理论来描述分数量子霍尔效应（FQHE）中刘弗-詹森（Laughlin）波函数所蕴含的拓扑序，并讨论张量网络态（如MERA）作为描述纠缠熵和局部哈密顿量的有效工具。 --- 第二部分：强关联电子系统的非传统基态与激发 强关联电子系统是凝聚态物理的永恒难题，本书将侧重于那些无法通过简单的单粒子近似来描述的复杂量子态，特别是电子晶体和奇异金属。 2.1 分数量子霍尔效应与拓扑序的激发 深入剖析在强磁场下二维电子气所展现出的分数量子霍尔效应（FQHE）的物理机制。我们将着重研究刘弗（Laughlin）液态模型的基态波函数，并计算其分层结构和准粒子激发所携带的分数电荷。讨论将涵盖复合费米子理论，以及如何通过构建有效玻色子理论来理解这些分数激发所遵循的非阿贝尔统计特性（例如在$ u=5/2$态中的应用）。 2.2 莫特绝缘体与量子自旋液体 介绍莫特（Mott）绝缘体的形成，其本质是电子间的库仑排斥力（U）超越了其动能（t），导致系统进入绝缘态。我们将探讨如何通过哈伯德模型的平均场近似和局域自旋动力学来理解这一现象。更进一步，我们将研究量子自旋液体（QSL），这是一种在低温下电子自旋仍然高度涨落、不发生经典磁有序的特殊基态。重点分析海森堡模型在三角晶格上可能出现的高度简并基态，并引入自旋波理论的局限性来解释QSL中磁激发的分裂现象。 2.3 量子临界现象与奇异金属 本书将关注量子临界点（QCP）附近物质的输运性质。在QCP处，由量子涨落主导的关联效应使得经典热力学不再适用。我们将分析奇异金属（Strange Metals）的特征，特别是电阻率与温度呈线性关系（$ ho propto T$）这一反常现象。讨论将涉及量子临界点如何诱导出费米液体理论的失效，以及信息熵耗散在描述这些非费米液体行为中的作用。 --- 第三部分：光与物质的强耦合：光力学系统 本部分探讨将光场作为一种“有效媒介”引入凝聚态系统，形成光力学杂化态（Hybrid Quantum States），这标志着光子与物质相互作用的深入研究。 3.1 光力学谐振腔中的集体激发 研究电子系统（如半导体量子阱或二维材料）与法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振腔耦合后的新物理。我们将运用Jaynes-Cummings模型的扩展形式来描述电子-光子准粒子的形成，即极化激元（Polaritons）。详细分析当光与电子跃迁强耦合时，系统能级如何分裂成Rabi振荡，并探讨极化激元凝聚现象，这是一种非热力学平衡下的玻色-爱因斯坦凝聚的体现。 3.2 拓扑光子学与拓扑保护 将拓扑概念推广到无质量的光子系统中。我们将分析拓扑光子晶体或集成光路中的设计原理，展示如何利用反向传播抑制来保护特定模式的传输，类似于拓扑绝缘体中的边缘态。着重于利用布洛赫带隙和能带反演的类比来设计具有单向传输特性的光子器件。 --- 第四部分：时空对称性的破缺与动态量子物质 本部分转向时变系统，研究如何通过周期性驱动（如强激光脉冲）来打破传统的时间平移对称性，创造出非平衡态下的新物质。 4.1 驱动哈密顿量与Floquet工程 系统地介绍Floquet理论在处理周期性驱动系统中的应用。我们将推导Floquet有效哈密顿量，并展示如何通过精确调控驱动频率和强度来“工程化”材料的电子结构，例如，将一个普通的绝缘体驱动成一个拓扑超导态或时间晶体。讨论将侧重于光诱导的超导性，即在极高频率的激光驱动下，电子配对机制可能发生的根本性转变。 4.2 时间晶体与离散时间对称性 深入探讨时间晶体（Time Crystals）的概念，这是离散时间平移对称性（Discrete Time-Translation Symmetry）破缺的体现。我们将分析Floquet时间晶体的物理基础，即系统在驱动下周期性地展现出比驱动频率更低（或更高）的响应。重点在于区分真正的平衡态下的时间晶体与由驱动场诱导的非平衡稳态之间的区别，并探讨其稳健性和信息存储潜力。 本书对读者的要求是具备扎实的量子力学和固体物理基础，旨在为致力于前沿凝聚态物理研究的研究生和科研人员提供一个全面、深入且聚焦于最新突破的参考指南。

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作为一本侧重“问题与解答”的书籍，其习题部分的质量直接决定了其价值。坦白说，这本书的习题设置是教科书级别的标杆。它们并非那些为了凑数而设置的简单代数练习，而是真正考验学生综合运用知识能力的挑战。很多题目都巧妙地结合了理论推导和实际的物理情景，要求读者不仅要掌握公式，还要理解公式背后的物理意义。最让我满意的是，对于那些难度较高的综合性问题，书后提供的解答步骤详尽而又不冗余，逻辑链条清晰可见，它不是简单地给出答案，而是展现了解决问题的完整思维路径。跟随这些解答，我学会了如何分解复杂的物理难题，如何选择恰当的数学工具。这种“手把手”的指导，对于自学或者在课后巩固知识的读者来说，是无可替代的财富。

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这本书的排版和装帧给我留下了非常深刻的印象。封面设计简约而不失专业感，纸张的质感也相当不错，即便是长时间阅读也不会让眼睛感到疲劳。内文的排版布局清晰明了，公式和图表的插入处理得恰到好处，使得复杂的物理概念在视觉上更容易被消化。我特别欣赏作者在章节划分和主题衔接上的匠心独运，从基础的量子力学原理过渡到复杂的粒子物理模型，整个流程顺畅自然，没有突兀感。这种对细节的关注，体现了出版方对学术书籍质量的严格把控。特别是那些关键的定义和定理，都被清晰地标注和突显出来，方便我们在复习时能够迅速定位核心知识点。对于需要频繁查阅特定公式或理论的读者来说，这种精心的设计无疑极大地提升了阅读效率和学习体验。可以说，这本书的物理呈现本身就是一种高水准的学术表达。

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这本书的理论深度和广度令人惊叹，它仿佛是一部跨越了数十年物理学发展史的精炼史诗。我发现它不仅涵盖了教科书上的标准内容，更深入挖掘了一些前沿领域和尚未完全解决的难题，这对于希望超越课堂知识的进阶学习者来说，无疑是宝贵的资源。作者在阐述过程中，没有停留在简单的公式推导，而是深入剖析了背后的物理图像和实验动机，这一点非常关键。比如，在处理相对论性量子场论的某些部分时，作者巧妙地引入了历史背景，解释了为什么某些看似繁琐的数学构造是必需的，这极大地增强了我对这些理论的直觉理解。我喜欢它那种鼓励批判性思考的语气，它似乎在邀请读者不仅仅是接受既有理论，而是去质疑和探索其局限性。读完后，我感觉自己对现代物理学的整体框架有了更坚实、更具批判性的认识。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像某些学术著作那样冷峻刻板，反而带有一种温和而坚定的引导力。作者在解释那些极其抽象的概念时，总能找到恰当的比喻或类比，将原本晦涩难懂的物理实在拉回到我们可以理解的范畴内。我尤其欣赏它对物理学家思想历程的描绘，比如在介绍某些粒子发现或理论突破时，那种充满人性光辉和不懈探索的精神，深深地感染了我。阅读过程中，我几乎能感受到作者本人对这个学科的热爱与敬畏。这种富有感染力的写作方式，有效地降低了学习的心理门槛，使得即使面对高深莫测的粒子物理前沿，读者也能保持探索的兴趣和热情，而不是被公式的海洋淹没。它不仅仅是一本参考书，更像是一位经验丰富的导师在耳边细语，循循善诱。

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这本书的实用性超出了我的预期，它显然是为那些真正打算投身于相关研究或需要进行深入项目工作的专业人士量身打造的。我发现书中有许多关于实验数据处理和误差分析的隐晦提示和方法论讨论，这些往往是普通入门教材会忽略的“软知识”。例如，在讨论特定衰变过程的截面计算时，书中不仅给出了理论公式，还穿插了对实验测量限制和探测器效应的简要说明，这对于构建一个完整的物理图像至关重要。我用它来辅助我进行的一个小型模拟项目，发现书中提及的某些数值技巧和近似处理方法，极大地提高了我的计算效率和结果的可靠性。这本书的价值不在于它教了多少现成的知识，而在于它提供了一整套解决未知物理问题的“方法论工具箱”，这是任何严肃的物理学习者都梦寐以求的宝贵资产。

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