Particle Physics in Laboratory, Space And Universe pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Studenikin, Alexander I. 编

出品人:

页数:421

译者:

出版时间:2005-4

价格:$ 257.00

装帧:HRD

isbn号码:9789812561626

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理
• 实验物理
• 宇宙学
• 空间物理
• 高能物理
• 探测器
• 标准模型
• 相对论
• 量子场论
• 天体物理

探索宇宙的基石：从夸克到星系结构 一部深入浅出、内容翔实的物理学巨著，带领读者领略微观粒子世界的奥秘与宏观宇宙演化的壮丽画卷。 本书旨在为对现代物理学前沿充满好奇心的读者提供一个全面而深入的导览。我们不再局限于传统教科书中对基本粒子和标准模型的罗列，而是将视角置于粒子物理学与宇宙学、天体物理学之间错综复杂的联系之上。全书结构严谨，内容涵盖从最小尺度的量子场论基础，到最大尺度的宇宙结构形成与演化，力求展现一个统一且连贯的物理图景。 第一部分：微观世界的基石——粒子物理学导论与标准模型 本部分将作为读者进入粒子物理学殿堂的坚实基础。我们首先回顾了经典物理学在解释微观现象时的局限性，随后引入了量子力学的基本原理，特别是量子场论（QFT）的初步概念，这构成了理解所有基本粒子相互作用的数学框架。 1. 量子场论的构建：从薛定谔到狄拉克 我们将详细剖析相对论性量子力学的必要性，并着重介绍相对论性波函数的构造及其内涵。读者将了解到，在量子场论的视角下，粒子不再是永恒不变的点状实体，而是特定量子场的激发态。这里会详细探讨狄拉克方程的推导及其在描述自旋半整数粒子（如电子和夸克）中的关键作用，包括对反物质存在的预言。 2. 强相互作用与色荷：夸克的束缚 深入探讨量子色动力学（QCD）。我们将超越简单的夸克模型，重点分析渐近自由和夸克禁闭这两种QCD的标志性现象。通过对胶子（强相互作用的媒介子）特性的考察，解释为什么我们只能观测到由夸克和胶子组成的强子（如质子和中子）。计算部分将适度引入微扰论在计算高能散射截面时的应用，并讨论格点QCD在非微扰区域研究中的重要性。 3. 弱相互作用与电弱统一：质量的起源 本章聚焦于电弱理论，这是标准模型中最为精巧的部分之一。我们将详细阐述对称性自发破缺机制，特别是希格斯机制的物理图像。读者将理解为什么W和Z玻色子具有质量，而光子保持无质量。此外，对中微子振荡现象的探讨，将引出对标准模型有效性的深刻质疑，并预示着超越标准模型的物理学需求。 4. 标准模型的成功与局限 在详细描绘了标准模型如何成功描述电磁力、弱力和强力这三种基本相互作用之后，本章将转而批判性地审视其内在的不足。这些局限性包括：引力的缺失、中微子质量的起源、暗物质和暗能量的缺失，以及对质量层级问题（Hierarchy Problem）的无解释。这些未解之谜将自然而然地引向下一部分对新物理学的探索。 --- 第二部分：连接微观与宏观——粒子物理学与宇宙学的交汇点 本部分的核心在于将粒子物理学的理论框架应用于理解宇宙的起源、演化以及未知的物质成分。 5. 暴胀理论与早期宇宙的动力学 我们将探讨宇宙大爆炸理论的基石——暴胀模型。暴胀理论如何解决了大爆炸模型的视界问题和磁单极子问题？本章将通过分析标量场（如暴胀子）的动力学，解释早期宇宙的指数膨胀阶段。此外，暴胀理论与宇宙微波背景（CMB）的非高斯性和原初引力波的关联性将进行深入论述，这些都是直接的观测探针。 6. 重子不对称性的起源：物质为何胜出？ 宇宙中物质远多于反物质是一个深刻的谜题。本章将系统地考察萨哈罗夫三条件，并分析在粒子物理学框架内如何满足这些条件。重点讨论重子生成（Baryogenesis）的几种主要候选机制，例如电弱重子生成（与希格斯物理密切相关）以及基于大统一理论（GUTs）或Leptogenesis的场景。 7. 暗物质的粒子本质探索 暗物质构成了宇宙物质总量的绝大部分，但其身份仍然是现代物理学的最大挑战之一。本书将全面梳理对暗物质的间接和直接探测实验。我们将深入分析弱相互作用重粒子（WIMPs）的理论模型，特别是与超对称性（SUSY）的联系。同时，对轴子（Axions）、惰性中微子等轻量级暗物质候选者的特性和探测前景也将进行详细讨论。 8. 中微子天体物理学：来自宇宙深处的信使 中微子作为“幽灵粒子”，在揭示极端天体物理现象方面发挥着不可替代的作用。本章聚焦于高能天体物理源（如超新星爆发、活动星系核和伽马射线暴）产生的高能中微子。我们将讨论中微子谱线的重建如何帮助我们理解这些源的加速机制和能量分布，以及高能宇宙射线的组成中可能隐藏的粒子物理线索。 --- 第三部分：超越标准模型的前沿课题 本部分将展望粒子物理学和宇宙学可能的发展方向，探讨当前实验和理论正在积极探索的领域。 9. 统一的梦想：大统一理论与圈量子引力 对更深层次统一的追求从未停止。我们将回顾大统一理论（GUTs）的基本思想，以及它们如何自然地解释电荷的量化和质子的有限寿命（如果适用）。随后，我们将触及对量子引力的探索，简要介绍弦理论和圈量子引力这两种主流的尝试，阐述它们试图调和广义相对论与量子力学的核心思路和面临的挑战。 10. 维度、额外维度与宇宙膜世界 现代物理学经常暗示我们所感知的四维时空（三空间加一时间）可能不是全部。本章将介绍引入额外空间维度的可能性，例如Kaluza-Klein理论的现代版本，特别是大额外维度模型（ADD模型）。这些模型如何影响引力定律（在短距离的修正），以及它们如何可能提供对层次问题的自然解释，都将是讨论的重点。 11. 强子结构与核物理的精细测量 虽然核物理常被视为一个独立领域，但其与QCD的联系至关重要。本章将探讨核子内部的夸克-胶子结构的精确测量，如Parton分布函数（PDFs）的测量。通过对核子电荷分布和磁矩的精确测量，我们可以更深入地验证低能QCD的有效性，并为高能对撞机实验提供基准。 总结： 本书不仅仅是对现有物理知识的复述，更是一次对未知领域的邀请。它试图构建一条清晰的逻辑链条，从最基本的、被实验证实的基本粒子模型，一步步扩展到我们能观测到的宇宙的宏大结构，并最终指向那些尚未被触及的物理前沿。通过严谨的物理论述和对前沿实验的关注，本书将为读者提供一个理解“我们从哪里来，以及我们可能去向何方”的深刻洞察。

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