Relativistic Heavy Ion Physics

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出版者:World Scientific Pub Co Inc
作者:J. Bartke
出品人:
页数:240
译者:
出版时间:2008-12
价格:$ 82.00
装帧:HRD
isbn号码:9789810212315
丛书系列:
图书标签:
  • 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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具体描述

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.

量子场论基础与标准模型 本书旨在为读者提供一个全面而深入的量子场论(Quantum Field Theory, QFT)入门,并以此为基础,详细阐述粒子物理学的标准模型(Standard Model, SM)。本书的受众对象是具备扎实经典场论和初步量子力学基础的研究生和高年级本科生,尤其适合计划深入研究粒子物理学、凝聚态物理或理论物理其他前沿领域的读者。 第一部分:量子场论的数学与物理基础 本书从最基本的拉格朗日量形式出发,系统地构建量子场的概念。我们将回顾经典场论的变分原理和诺特定理,强调守恒量与对称性的深刻联系。 第1章:经典场论回顾与路径积分的引入 本章首先复习狭义相对论下的经典场方程,如Klein-Gordon方程和Dirac方程,并从拉格朗日密度出发推导这些方程。随后,重点引入费曼路径积分表述。我们将展示路径积分如何成为连接经典物理与量子理论的桥梁,并探讨其在计算散射振幅和关联函数中的核心地位。对于玻色子和费米子场,路径积分的构造存在本质差异,本章将详细讨论如何处理费米子场(通过Grassmann变量)。 第2章:正则对易关系与量子化 本章转向正规有序化(Canonical Quantization)方法。我们详细推导自由标量场和自由费米子场的对易关系和反对易关系,并据此构建粒子的产生算符和湮灭算符。通过这些算符,我们将物理图像从连续的场量转化为离散的粒子激发态,明确“粒子”在量子场论中的定义。能量本征值(哈密顿量)的对角化将用于定义真空态。本章还会对量子电动力学(QED)中的自由光子场进行量子化。 第3章:相互作用绘景、微扰论与散射矩阵 引入相互作用项后,场方程的解析求解变得极其困难。本章的核心是微扰论。我们将详细介绍Dyson级数展开,并导出S矩阵(散射矩阵)。S矩阵的元素给出了描述粒子间相互作用的概率幅。随后,我们将转向Feynman图,这是进行微扰计算的强大图形化工具。每一条线、每一个顶点都对应着一个明确的数学表达式,我们系统地展示如何使用Feynman规则计算简单的相互作用过程,例如电子-电子的布拉贝特散射(Bhabha散射)。 第4章:关联函数与格林函数 关联函数是量子场论中描述系统时空演化的核心对象。本章着重讨论n点关联函数(n-point Green's functions)的定义和物理意义。我们将展示如何利用路径积分或对易关系计算这些函数,并阐明它们与散射截面的关系(LSZ约化公式)。格林函数在研究因果律和传播子方面的重要性将被强调。 第5章:重整化——处理无穷大 这是量子场论中最具挑战性也最深刻的部分之一。在计算高阶Feynman图时,不可避免地会出现紫外(UV)无穷大。本章将深入探讨发散的来源,并系统介绍重整化方法。我们将详细解释如何通过“正则化”(如维度正则化)来处理这些无穷大,并定义“裸”参数与“物理”参数。重整化群(Renormalization Group, RG)的概念将被引入,展示物理定律如何随能量尺度变化,这是理解渐近自由和强耦合等现象的关键。 第二部分:规范场论与标准模型 在扎实的QFT基础上,本部分将焦点转向描述基本相互作用的规范理论。 第6章:局域规范不变性与杨-米尔斯理论 本章从Abelian规范理论(QED)的成功经验出发,推广到非Abelian规范理论——杨-米尔斯(Yang-Mills, YM)理论。我们将展示如何通过要求拉格朗日量在局域变换下保持不变,自然地引入无质量的规范玻色子(如胶子)。我们将详细推导YM理论的场强张量及其非线性耦合项,解释自相互作用的物理根源。 第7章:自发对称性破缺与希格斯机制 标准模型中,传递弱相互作用的W和Z玻色子具有质量,但规范不变性要求规范玻色子必须无质量。本章解决这一核心矛盾。首先,介绍Goldstone定理在包含规范对称性时的修正(即希格斯机制)。随后,我们构造标准模型中的希格斯场,展示如何通过自发对称性破缺(SSB)为W和Z玻色子赋予质量,同时保持理论的规范不变性。 第8章:标准模型的构建与唯象学 本章将前述理论工具整合,构建完整的粒子物理学标准模型:SU(3)c × SU(2)L × U(1)Y 量子场论。我们将详细讨论夸克和轻子的描述(包括手性味的概念),规范玻色子($gamma, W^pm, Z^0, g$)的规范群结构,以及费米子如何通过Yukawa耦合获得质量。本章还将涵盖标准模型的关键检验,例如$R$比率的计算、$sin^2 heta_W$的测量,以及费米子扇区中CP破坏的数学来源(Kobayashi-Maskawa矩阵)。 第9章:渐近自由与色动力学 重点聚焦强相互作用(QCD)。本章将展示QCD中夸克和胶子的Yang-Mills理论性质。通过重整化群方程,我们将导出$eta$函数的精确形式,证明QCD具有渐近自由的特性——在高能下耦合常数变弱,使得微扰论有效。同时,本章也会讨论低能下夸克禁闭的现象及其理论框架的挑战。 第10章:标准模型的局限性与未来展望 在成功描述所有已观测到的基本粒子和相互作用后,本章探讨标准模型无法解释的物理现象:引力的量子化、暗物质和暗能量的存在、中微子质量的微小但非零值、以及层级问题(Hierarchy Problem)。这将引导读者思考超越标准模型的理论,如超对称性(SUSY)、大统一理论(GUTs)和弦理论的初步概念,为后续深入研究奠定方向。 全书的叙述风格力求严谨、逻辑清晰,并在关键概念处提供详尽的物理图像解释。习题部分旨在巩固读者对数学推导的掌握和对物理概念的理解。

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