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出版者:

作者:Budker, Dmitry/ Kimball, Derek F./ DeMille, David P.

出品人:

页数:540

译者:

出版时间:2008-11

价格:$ 62.15

装帧:

isbn号码:9780199532414

丛书系列:

图书标签:

• 原子物理
• 量子力学
• 原子结构
• 光谱学
• 激光物理
• 原子碰撞
• 等离子体物理
• 量子电动力学
• 核物理
• 物理学

《量子场论导论：从经典场到基本粒子》 作者： [此处应为一位虚构的、资深理论物理学家的名字，例如：Alistair C. Finch 教授] 出版社： [此处应为一家知名的学术出版社，例如：Cambridge University Press 或 Princeton University Press] --- 图书简介 一窥宇宙的终极构造：从基本作用力到物质的起源 《量子场论导论：从经典场到基本粒子》是一部为高年级本科生、研究生以及致力于在理论物理前沿深耕的研究人员精心撰写的权威性专著。本书旨在构建一座坚实的桥梁，连接二十世纪初建立的量子力学框架与描述自然界四种基本相互作用——电磁力、弱核力、强核力和引力——的现代量子场论（QFT）。 本书的写作哲学在于，在深入探讨复杂数学结构的同时，始终紧密结合其深刻的物理直觉和实验观测背景。 我们相信，只有深刻理解场（Field）这一基本概念的演变，才能真正掌握现代粒子物理学的精髓。 第一部分：从经典场到量子化（The Quantization Journey） 本部分将读者从狭义相对论下的经典场论基础出发，逐步迈入量子的世界。 第1章：相对论性场论的基石 我们从拉格朗日密度和哈密顿量的形式主义入手，系统回顾经典电磁场、标量场和狄拉克场的运动方程。重点在于如何将洛伦兹协变性（Lorentz Covariance）融入场论的构建中，为后续的正则量子化奠定数学基础。 第2章：正则量子化方法（Canonical Quantization） 这是全书的第一个关键转折点。我们详细阐述了如何将经典场变量升格为算符，引入产生（creation）和湮灭（annihilation）算符，并严格推导它们满足的对易关系（或反对易关系）。通过研究无质量的自由标量场（Klein-Gordon场）和自由狄拉克场，读者将首次清晰地看到“粒子”如何从场的激发态中自然涌现。本章特别强调了时间演化、粒子数守恒（或不守恒）的物理意义。 第3章：费曼路径积分的引入（The Path Integral Formulation） 虽然正则量子化是概念上的起点，但路径积分方法（Path Integral）因其在计算相互作用以及处理非微扰效应时的强大能力而被视为现代场论的“通用语言”。本章将费曼的路径积分概念应用于量子场论，从基本概念出发推导了系统的配分函数（Partition Function）和传播子（Propagator）。通过将粒子路径积分与场论中的泛函积分（Functional Integral）联系起来，为后续的微扰计算铺平道路。 第二部分：相互作用与微扰论（Interactions and Perturbation Theory） 粒子物理学的核心在于相互作用，而计算这些相互作用的概率幅度，几乎总是依赖于微扰论和费曼图。 第4章：相互作用图像与S矩阵 本章核心是构建相互作用的理论框架。我们定义了相互作用绘景（Interaction Picture），并系统推导了S矩阵（Scattering Matrix）的Dyson展开式。Dyson展开的每一项都对应着一个特定的物理过程，这直接引出了费曼图的结构。 第5章：费曼图的构建与解析 费曼图不仅仅是图形化的工具，它们是S矩阵展开项的简洁代数表示。本章将详细解析： 内部线（Internal Lines）： 代表粒子的传播子，是量子场论的“核心组件”。 顶点（Vertices）： 代表相互作用的强度和类型，由拉格朗日密度中的相互作用项决定。 外部线（External Lines）： 代表入射和出射的粒子。 我们将通过$phi^4$理论和量子电动力学（QED）中的基本散射过程（如电子-电子散射 $e^-e^- o e^-e^- $）来实例演示如何将费曼图转换为精确的、可计算的积分表达式。 第6章：正则化与重整化：处理无穷大的挑战 这是量子场论中最具挑战性也最深刻的部分。任何计算涉及闭合圈图（Loop Diagrams）的散射过程时，我们都会遇到发散的积分——无穷大。 本章将深入探讨解决这些无穷大的关键技术： 正则化（Regularization）： 引入一个截断参数（如紫外截断或维度正则化）暂时“驯服”这些无穷大。 重整化（Renormalization）： 解释如何将这些“裸”的参数（Bare Parameters）与可观测的物理量（如电子的电荷和质量）关联起来。我们详细讨论了“跑动耦合常数”（Running Coupling Constants）的概念，并解释了QED如何成为一个可重整化理论（Renormalizable Theory）。 第三部分：规范场论与标准模型（Gauge Theories and the Standard Model） 现代粒子物理学的核心理论——标准模型，建立在规范对称性（Gauge Symmetry）的严格要求之上。 第7章：规范不变性与阿贝尔规范场 本章回归对称性原理。我们从经典的电磁场规范不变性出发，将其推广到量子场论的框架中。重点阐述了局部规范不变性如何强制性地要求引入一个零质量的规范玻色子——光子。 第8章：非阿贝尔规范场论（Yang-Mills Theories） 这是理解强核力（QCD）和弱核力的关键。我们详细介绍了杨-米尔斯理论的基本结构，以及与阿贝尔理论在数学上的根本区别（如自相互作用的规范玻色子）。这部分内容将涉及规范群SU(2)和SU(3)的结构，为理解夸克和胶子的相互作用打下坚实基础。 第9章：自发对称性破缺与希格斯机制 本书的压轴部分，探讨了如何赋予规范玻色子（W和Z玻色子）质量，同时保持理论的规范不变性。我们详细阐述了Goldstone定理、自发对称性破缺（SSB）的概念，并最终构建了电弱统一理论中的希格斯机制。本章将清晰解释：为何电子带有质量，而光子保持无质量，从而完成了对标准模型核心机制的构建。 --- 本书特色与受众 物理直觉优先： 每一步数学推导都伴随着对物理图像的深刻讨论，避免将读者引向纯粹的数学游戏。 从头构建： 本书不假设读者已精通所有高级数学工具，而是逐步介绍所需的微分几何、群论基础（作为工具，而非主要焦点）。 实验关联： 理论框架的每一步发展，都与真实的实验结果（如电子的电荷重整化、W和Z玻色子的质量）紧密相连。 目标读者： 理论物理研究生、从事实验粒子物理的博士后研究人员，以及任何希望全面理解现代粒子物理学基础的理论物理学家。本书要求读者对狭义相对论、基础量子力学（薛定谔方程、角动量理论）有扎实的掌握。 --- 本书的深度和广度，将确保读者在完成学习后，不仅能够阅读前沿的粒子物理文献，更能理解标准模型背后的数学美学与物理逻辑。

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