The Physics of the Standard Model and Beyond pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:T. Morii

出品人:

页数:298

译者:

出版时间:2002-06-15

价格:USD 95.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789810245719

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理学
• 标准模型
• 量子场论
• 高能物理
• 基本粒子
• 规范场论
• 希格斯机制
• 超越标准模型
• 费曼图
• 重整化

《量子场论导论：从基本概念到前沿应用》 一、本书概述：构建现代物理学的基石 本书旨在为物理学研究生、高年级本科生以及对理论物理有浓厚兴趣的研究人员提供一套全面而严谨的量子场论（Quantum Field Theory, QFT）入门教材。量子场论是描述基本粒子及其相互作用的理论框架，是粒子物理学、凝聚态物理乃至宇宙学等诸多前沿领域不可或缺的工具。 本书的叙事结构遵循从经典场论到量子化，再到微扰论和重整化理论的逻辑递进路线，力求在保持数学严谨性的同时，清晰阐释物理图像。我们避免陷入某些高级教材中过于专注于特定模型的复杂推导，而是将重点放在核心概念的建立、基本计算工具的掌握以及对理论物理学方法论的深刻理解上。 二、核心内容与结构 本书共分为七个主要部分，辅以若干深入探讨特定主题的附录。 第一部分：经典场论基础 本部分回顾并系统化了描述连续系统的物理学基础。 1. 拉格朗日力学与哈密顿力学回顾： 以经典的粒子系统为起点，快速回顾作用量原理、欧拉-拉格朗日方程和正则共轭量的定义，为过渡到场论做准备。 2. 标量场与张量场： 引入场的概念。详细讨论了自由的、无自旋的实值和复值标量场的拉格朗日密度。引入洛伦兹协变性作为核心对称性要求，并推导出描述相对论性自由粒子的 Klein-Gordon 方程。 3. 相对论性量子力学（狭义相对论下的单粒子描述）： 简要回顾了相对论性单粒子描述（如狄拉克方程和其局限性），强调其在粒子产生和湮灭过程中的不足，从而自然地引出量子场论的必要性。 4. 自由狄拉克场： 详细推导描述自旋 $1/2$ 费米子的狄拉克方程。利用第二量子化方法，构建狄拉克场算符，并阐述满足泡利不相容原理的反交换子对（Fermi-Dirac 统计）的构建过程。引入电子、正电子的解释。 第二部分：正则量子化与粒子解释 本部分是全书的核心基石，专注于场从经典到量子的转变过程。 1. 正则对易关系（Bosons）： 严格推导玻色子场的正则对易关系，并基于这些关系定义产生和湮灭算符 $hat{a}^dagger$ 和 $hat{a}$。构建 Fock 空间，展示如何通过这些算符构建任意多粒子态（包括零粒子态，即真空态 $|0 angle$）。 2. 正则反交换关系（Fermions）： 同样严格推导费米子场的正则反交换关系，并解释为何必须使用反交换子才能自然地嵌入泡利不相容原理。 3. 真空态的性质： 深入讨论真空态 $left|0 ight angle$ 的定义——它是不具备任何粒子激发态的最低能量态。引入能量动量张量和其零模的物理意义。 4. 自旋统计定理（定性讨论）： 简要说明自旋与统计（玻色子对易性，费米子反交换性）的内在联系，强调这是相对论性量子力学的必然结果。 第三部分：相互作用与微扰论 本部分开始引入粒子间的相互作用，这是计算物理学现象的基础。 1. 相互作用的引入： 讨论如何通过增加拉格朗日密度中的相互作用项（如 $lambda phi^4$ 理论或 QED 中的耦合项）来描述粒子间的相互作用。 2. 相互作用绘景与时间演化算符： 介绍相互作用绘景，推导形式化的时间演化算符 $U(t, t_0)$。 3. 费曼图的诞生： 运用 Dyson 级数展开时间演化算符，引出微扰论的展开式。系统地介绍费曼规则的建立过程，从相互作用顶点的定义到传播子的引入。 4. 散射振幅的计算： 利用费曼图计算最简单的过程，例如 $phi^3$ 理论中的二粒子到二粒子散射，以及 QED 中电子-电子散射的最低阶过程（Møller 散射的初步介绍）。 第四部分：电磁相互作用——量子电动力学（QED）简介 本部分以 QED 为例，展示如何将规范场理论应用于实际物理问题。 1. 规范不变性与光子： 从 U(1) 规范不变性出发，构建自由的电磁场（光子场）的拉格朗日密度。 2. 电子与光子的耦合： 导出电子场、光子场以及它们之间相互作用项（即最小耦合）。 3. 光子的极化与传播子： 讨论光子的传播子，并引入规范选择（如洛伦兹规范、费曼规范）来处理光子传播子的不唯一性问题。 第五部分：重整化理论的引入 微扰论计算在更高阶时必然出现无穷大，本部分聚焦于如何处理这些看似灾难性的结果。 1. 发散的起源： 分析一圈（One-Loop）修正图中出现的紫外（UV）发散，明确指出这些发散来源于对场算符在极小距离（高动量）行为的积分。 2. “裸”与“物理”量： 引入裸参数（Lagrangian中的参数）与物理可观测参数（在实验中测量的质量和耦合常数）之间的区别。 3. 理论的重整化条件： 阐述如何通过设定重整化条件来吸收无穷大，使理论的物理预测变得有限。 4. Ward 恒等式与规范不变性的保持： 讨论在重整化过程中，必须保证规范对称性（如 QED 中的 Ward-Takahashi 恒等式）得以保持，这是物理理论的严谨性要求。 第六部分：有效场论的视角 本部分将重整化提升到一个更普适的框架——有效场论（Effective Field Theory, EFT）。 1. 从 QFT 到 EFT： 将重整化视为在不同能量尺度下对理论进行描述的方法。解释 QFT 是一种在所有能量尺度都适用的理论（也许并不存在），而 EFT 是一种在特定能标下有效的理论。 2. 截断与尺度依赖性： 讨论如何通过引入一个截断能标 $Lambda$ 来构造 EFT，并解释低能物理如何对高能物理保持“无知”。 第七部分：对称性与守恒定律 本部分回归到理论物理学的基本原则——对称性。 1. Noether 定理回顾： 再次强调 Noether 定理，将连续对称性与守恒量（如能量、动量、角动量、电荷）联系起来。 2. 自发对称性破缺（SSB）： 详细分析 Goldstone 定理——当一个连续的全局对称性在系统的基态中自发破缺时，必然出现零质量的 Goldstone 玻色子。 3. 规范玻色子的大质量机制（Goldstone 玻色子的吸收）： 虽然本书未深入标准模型的复杂结构，但本章会利用 Abelian 规范理论（如磁单极子模型或简化的 Higgs 机制的雏形）来阐述规范玻色子如何通过吸收 Goldstone 玻色子而获得质量，这是理解电弱对称性破缺的关键前奏。 三、本书特色 1. 强调物理直觉： 尽管数学严谨，本书始终致力于解释“为什么”要这样做，而不是仅仅停留在“如何”计算。例如，对 Fock 空间的构建过程进行了详尽的物理动机分析。 2. 注重计算技术： 提供了大量练习题，涵盖了从基本对易关系到两圈图的计算（作为选做挑战）。 3. 概念的清晰分离： 本书将经典场论、正则量子化、微扰展开和重整化这四个逻辑阶段清晰地划分，避免初学者在概念上混淆。 4. 超越模型依赖： 本书的核心在于建立 QFT 的通用框架和计算语言，而不是专注于对特定粒子模型的详细描述，为读者后续深入学习任何基于 QFT 的模型（包括电弱理论、 QCD 或有效场论）打下坚实基础。 四、目标读者 理想读者应当具备扎实的经典力学、狭义相对论、矩阵力学以及电磁学的知识基础。对数学方面，需要熟悉复变函数和（至少是直观层面的）群论概念。本书是进入理论粒子物理和高能物理研究领域的一把关键钥匙。

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