Introduction to High-Energy Heavy-Ion Collisions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Wong, Cheuk-Yin

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页数:0

译者:

出版时间:

价格:40

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isbn号码:9789810202644

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• 重离子碰撞
• 高能物理
• 相对论重离子物理
• 夸克胶子等离子体
• 核物理
• 粒子物理
• 强相互作用
• CERN
• LHC
• 重离子实验

粒子物理学的边疆：深入探索原子核的微观世界 本书旨在为对核物理学、高能物理学以及宇宙学前沿领域感兴趣的读者提供一个全面而深入的导论。我们不再聚焦于高能重离子碰撞这一特定课题，而是将目光投向更广阔的粒子物理学景观，特别是那些构成物质基础、驱动宇宙演化的基本理论和实验方法。 第一部分：基本理论框架与标准模型 第一章：量子场论的基石 本章将系统回顾理解粒子物理现象所必需的理论工具。我们将从经典场论出发，逐步引入量子化方法，重点阐述玻尔兹曼方程、路径积分表述等在处理复杂相互作用系统中的应用。我们将详细探讨相对论效应如何融入量子力学框架，奠定量子电动力学（QED）的数学基础。此处强调的是，理解粒子在时空中的行为，需要一套超越经典力学的完备语言。 第二章：标准模型的构建与检验 标准模型是描述电磁力、弱核力和强核力的成功理论框架。本章将深入剖析规范场论的核心思想——对称性原理如何决定相互作用的性质。我们将细致地考察 $SU(3)_C imes SU(2)_L imes U(1)_Y$ 规范群的结构，解释希格斯机制如何赋予基本粒子质量，以及夸克和轻子如何被组织成代。大量的篇幅将留给实验证据，包括对 $W$ 和 $Z$ 玻色子质量的精确测量，以及对夸克混合矩阵（CKM 矩阵）的确定。 第三章：强相互作用的奥秘——量子色动力学（QCD） QCD 是标准模型中最复杂的部分，它支配着夸克和胶子之间的行为。本章将阐释渐近自由的物理图像，即在极高能量下夸克和胶子近似自由运动的现象。随后，我们将转向低能强子物理，探讨夸克禁闭的机制。为解释诸如质子和中子的内部结构，我们将引入有效场论的概念，并讨论晶格QCD在数值模拟中如何克服解析困难，提供对强子谱和非微扰 QCD 特性的定量预测。 第二部分：超越标准模型的前沿探索 第四章：中微子的奇特行为与质量之谜 标准模型最初预测中微子是无质量的。然而，中微子振荡的实验发现彻底改变了我们的认知。本章将详细分析三种中微子味之间的转换机制，并探讨这些现象对中微子质量尺度的限制。我们将讨论“海泉模式”等理论提议，并评估当前实验（如 Super-Kamiokande 和 IceCube）对未来中微子物理学方向的指导意义。 第五章：暗物质的搜寻与宇宙学联系 暗物质构成了宇宙物质总量的绝大部分，但其本质至今仍是物理学最大的谜团之一。本章将回顾宏观宇宙学观测（如宇宙微波背景辐射和星系旋转曲线）对暗物质存在的强力证据。随后，我们将分类介绍当前搜寻暗物质的实验策略：直接探测（通过弱相互作用重粒子 WIMP 与探测器核心的碰撞）、间接探测（通过暗物质湮灭或衰变产生的可观测粒子）以及通过加速器进行产生。 第六章：物质-反物质不对称性的起源 宇宙大爆炸的产物应包含等量的物质和反物质，但我们生活的宇宙中却充满了物质。本章探讨如何利用萨哈罗夫三个条件（重子数守恒的破坏、C 宇称和 CP 宇称的破坏、以及宇宙早期处于非平衡态）来解释这种重子生成（Baryogenesis）。我们将比较不同的理论模型，如电弱标量重子生成和 $B-L$ 破缺模型，以期找到解释宇宙演化中这一关键不对称性的机制。 第三部分：实验技术的革新与未来展望 第七章：高能对撞机技术与探测器原理 粒子物理实验的进步与加速器和探测器技术的突破密不可分。本章将概述现代强子对撞机（如 LHC）的设计理念，包括束流的注入、加速和精确控制。随后，我们将深入分析粒子探测器的关键组件：量能器（电磁与强子量能器）、轨迹跟踪系统（如漂移室和硅微条探测器）以及μ子系统的工作原理。特别关注触发系统（Trigger System）在海量数据中筛选出有意义事件的关键作用。 第八章：从数据到物理洞见：数据分析与不确定性评估 物理学的核心在于从原始数据中提取可信的物理参数。本章侧重于数据分析的技术层面。我们将讨论蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）在模拟复杂的粒子生成和探测过程中的重要性。关键内容包括：系统性不确定性与统计不确定性的量化方法（如系统误差的方差分析）、事件选择中的背景扣除技术，以及如何使用统计推断（如最大似然法）来验证或排除物理模型。 第九章：引力理论与量子引力的挑战 虽然标准模型成功描述了电磁、弱、强相互作用，但它尚未与广义相对论统一。本章将回顾爱因斯坦引力理论的几何基础，并讨论在普朗克尺度上预期的量子引力效应。我们将简要介绍诸如弦理论和圈量子引力等尝试统一量子力学与引力的主要框架，以及当前实验（如对引力波天文学的观测）可能如何约束这些理论。 本书旨在为读者构建一个坚实的理论基础，并展示当前粒子物理学所面临的未解之谜。通过整合理论的深刻性与实验的精确性，读者将能更好地理解我们对物质、能量和时空本质的探索之旅。

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