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出版者:Springer

作者:Walter Greiner

出品人:

页数:553

译者:

出版时间:2007-01-19

价格:USD 119.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783540485346

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• Physics
• 量子色动力学
• 强相互作用
• 粒子物理
• 夸克
• 胶子
• 标准模型
• 高能物理
• 场论
• 相对论
• 规范场论

好的，以下是一份关于一本名为《量子色动力学》的书籍的详细图书简介，内容严格围绕量子色动力学的核心概念展开，同时避免提及任何与该主题无关的内容，并且力求以专业的学术语调撰写，避免使用“AI”或“生成”等词汇。 --- 图书简介：《量子色动力学》 ISBN: [此处可填写一个示例ISBN] 出版社: [此处可填写一个示例出版社名称] 定价: [此处可填写一个示例定价] 概述：强相互作用力的基本理论 《量子色动力学》（Quantum Chromodynamics, 简称 QCD）是粒子物理学标准模型中描述强相互作用力的基本理论。本书深入探讨了夸克和胶子——构成质子、中子以及所有强子物质的基本组成部分——之间相互作用的量子场论基础。QCD 不仅仅是对强核力的描述，更是现代物理学中最具挑战性、最引人入胜的前沿领域之一，它成功地将电磁相互作用的量子电动力学（QED）的框架扩展到了非阿贝尔规范场论的范畴。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及研究物理学家提供一个全面且深入的视角，从理论基础到实验验证，系统性地剖析 QCD 的核心机制与复杂现象。 第一部分：规范场论与基础构造 本书的开篇部分奠定了理解 QCD 所必需的理论框架。首先，我们回顾了电磁相互作用（QED）作为阿贝尔规范理论的成功，并以此为参照，引出非阿贝尔规范理论的必要性。 规范不变性与色荷： QCD 的核心在于引入了“色荷”（Color Charge）的概念，这是区别于电荷的另一种内在量子数。强相互作用的规范群被确定为 SU(3)（特殊酉群的三个维度），对应于三种“颜色”——红、绿、蓝。我们详细推导了基于 SU(3) 规范不变性的拉格朗日量，揭示了胶子（Gluon）作为规范玻色子的角色。与光子不同，胶子本身携带色荷，这是导致 QCD 复杂性的根源。 费米子与夸克： 书中详细讨论了夸克的性质，包括其自旋、手性以及与规范场的作用。我们考察了夸克场在规范群下的变换规律，并阐释了色荷如何决定了夸克参与强相互作用的强度。 微扰QCD的构建： 在高能量或短距离尺度下，QCD 耦合常数可以被视为“小量”，允许使用微扰论进行计算。本书详细介绍了费曼规则的推导，这些规则是计算夸克和胶子散射截面的基本工具。我们重点分析了三阶及更高阶的圈图修正，并对洛仑兹协变性和幺正性进行了严格的验证。 第二部分：QCD 的核心现象——渐近自由与夸克禁闭 QCD 最显著的特征，也是其区别于其他所有已知规范理论的关键，在于其对耦合强度的非平凡依赖性，这导致了两个极端现象的出现：渐近自由和夸克禁闭。 重整化群与跑动耦合常数： 通过重整化群方程（特别是 Callan-Symanzik 方程），我们系统地研究了耦合常数 $alpha_s$ 随能量标度 $mu$ 的变化。本书详尽地推导了 $eta$ 函数，并展示了 QCD 在 $eta$ 函数负值下的特性——渐近自由（Asymptotic Freedom）。这一发现意味着，在极高能量下，夸克和胶子的相互作用变得极其微弱，使得它们可以被视为自由粒子。我们探讨了这一现象在深度非弹性散射实验中的直接体现。 夸克禁闭（Confinement）： 与渐近自由形成鲜明对比的是，在长距离或低能量下，QCD 耦合常数变得非常大，使得夸克和胶子无法以自由态存在。本书深入探讨了夸克禁闭的理论基础。我们分析了“夸克-胶子等离子体”和“夸克-胶子束缚态”（强子）之间的界限，并考察了 Wilson 环作为禁闭判据的数学形式。对畴壁（Domain Walls）和磁单极子（如果适用）在经典解中的作用进行了讨论，试图建立一个定性的、基于能量的禁闭模型。 手征对称性破缺： 在 QCD 的拉格朗日量中，如果夸克质量可以忽略不计，理论应具有完美的手征对称性。然而，我们观察到的强子谱（尤其是介子）表明该对称性在真空态中被自发破缺（Spontaneous Symmetry Breaking）。本书详细解释了这一机制，包括 Goldstone 玻色子的出现（如 $pi$ 介子被解释为伪Goldstone 玻色子），以及费米子质量是如何在相互作用中“涌现”出来的。 第三部分：非微扰 QCD 与强子谱学 由于 QCD 耦合常数在低能下的增大，微扰理论失效，因此需要发展非微扰方法来处理强子结构和低能现象。 格点 QCD（Lattice QCD）： 本书用相当大的篇幅介绍了数值模拟方法，特别是格点 QCD。我们讲解了如何将连续的时空离散化到有限的格点上，如何定义规范场和费米子场，以及如何通过蒙特卡洛方法计算格林函数和质量谱。对各种格子尺寸、离散化方案（如 Wilson 作用量、Staggered 作用量）的优缺点进行了比较分析。格点 QCD 是计算基本强子质量（如质子和中子的质量）与夸克质量之比的黄金标准。 有效场论（EFT）： 对于与 QCD 耦合尺度相差甚远的低能物理，使用有效场论是一种有效的替代方案。本书探讨了 手征微扰理论（Chiral Perturbation Theory, $chi$PT），将其作为手征对称性破缺后的低能有效拉格朗日量。$chi$PT 允许系统地计算与 $pi$ 介子散射、电磁衰变等相关的低能参数。 强子结构： 我们利用 QCD 的原理，分析了强子的内部结构。这包括对 $ ho$ 介子、矢量介子以及更高自旋粒子的能谱预测。本书还涵盖了深度非弹性散射（DIS）中发现的 部分子分布函数（Parton Distribution Functions, PDFs），探讨了如何通过非微扰计算或实验数据拟合来确定这些描述夸克和胶子在强子内部动量分布的函数。 第四部分：QCD 在高能物理中的应用与展望 本书的最后部分将理论工具应用于前沿实验物理学，并展望了 QCD 理论的未来挑战。 高能碰撞中的 QCD 效应： 在诸如 LHC 这样的高能对撞机中，QCD 效应是背景噪音和信号提取的关键。我们详细分析了夸克和胶子喷注（Jet）的形成过程，以及软和重因子化定理（Soft and Collinear Factorization Theorems） 在分离短程高能过程和长程低能强子化过程中的重要性。 重味夸克物理学： 对于重夸克（如 $c$ 和 $b$ 夸克），它们的大质量允许我们使用重夸克有效理论（HQET）来简化分析。我们研究了重夸克在强子中的衰变和光谱，并讨论了 $J/psi$ 和 $Upsilon$ 等重夸克偶素（Quarkonia）的形成和衰变机制。 超越标准模型： 本书探讨了 QCD 在探索新物理中的作用，例如它对暗物质信号的潜在耦合，以及在极端物质状态（如中子星内部）中 QCD 物理学的预测和挑战。 《量子色动力学》是一部深入、严谨的学术专著，旨在为读者提供一个清晰的、从基础规范场论到复杂非微扰现象的完整知识体系，是理解物质世界最基本强相互作用力的权威指南。 ---

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