Quarks, Leptons and Gauge Fields

Quarks, Leptons and Gauge Fields pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:World Scientific Pub Co Inc
作者:Kerson Huang
出品人:
页数:333
译者:
出版时间:1992-3
价格:USD 112.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9789810206598
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 粒子物理学
  • 量子场论
  • 规范场
  • 夸克
  • 轻子
  • 标准模型
  • 高能物理
  • 费曼图
  • 重整化
  • 群论
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具体描述

粒子物理学前沿:标准模型的构建与超越 导言:物质的基石与未解之谜 自古以来,人类便对构成我们周围世界的终极成分抱持着永恒的好奇心。二十世纪的物理学革命,特别是量子力学的诞生,将我们带入了一个前所未有的微观领域。在这个领域中,物质不再是不可分割的“原子”,而是由更基本、更奇特的实体——基本粒子所构建。这本书将深入探讨我们目前对这些基本粒子及其相互作用的理解框架——粒子物理学的标准模型(Standard Model, SM),同时聚焦于模型内外的关键挑战和未来探索方向。 本书旨在为物理学专业学生、研究人员以及对现代物理学有深入兴趣的读者提供一个全面、严谨且富有洞察力的导览。我们不会满足于仅仅罗列粒子和力,而是着重于阐明支撑整个理论框架的数学结构、实验证据以及其内在的深刻哲学意义。 第一部分:量子场论的基石 在深入粒子世界之前,我们必须掌握描述这些实体的语言:量子场论(Quantum Field Theory, QFT)。 第一章:从狭义相对论到相对论性量子力学 本章将回顾狭义相对论如何与量子力学相结合,催生了描述自旋为零的标量场(如Klein-Gordon方程)和自旋为1/2的费米子场(如Dirac方程)的必要性。我们将详细分析狄拉克方程的结构,解释其如何自然地容纳了反物质的存在,并引入“粒子”和“反粒子”的对偶概念。 第二章:量子场论的构造:规范不变性与相互作用 规范不变性是标准模型设计的核心原则。本章将阐释如何通过引入规范场(Gauge Fields)来保证理论在局域变换下的不变性。我们将从最基础的U(1)规范理论(即电磁学的量子描述)出发,构建描述强相互作用的SU(3)杨-米尔斯理论,以及描述弱相互作用的SU(2)理论。讨论的重点将放在规范场的动力学以及它们如何自然地引入了力载子——规范玻色子。 第三章:费曼图、重整化与微扰论 粒子间的相互作用是通过微扰论来计算的,其核心工具是费曼图(Feynman Diagrams)。本章将系统介绍费曼图的规则,并解释它们如何将复杂的散射过程分解为可计算的矩阵元。随后,我们将直面量子场论计算中固有的一个核心难题:无穷大。重整化程序的精髓——即通过测量物理量(如电子的电荷和质量)来吸收这些无穷大——将被详细阐述,区分出可重整化和不可重整化的理论。 第二部分:标准模型的具体实现 标准模型是基于规范群 $ ext{SU}(3)_C imes ext{SU}(2)_L imes ext{U}(1)_Y$ 的自洽理论。本部分将聚焦于该模型的三个核心组成部分:夸克与轻子、规范玻色子以及希格斯机制。 第四章:物质粒子:夸克与轻子的代际结构 物质粒子被分为两类:费米子(夸克和轻子)。我们将探索它们如何在标准模型中被组织成三代。强调手性(Chirality)的概念至关重要,因为左手性($L$)和右手性($R$)的物质场在弱相互作用下表现出截然不同的耦合方式。我们将详细研究夸克的上/下家族(Up/Down type)和轻子的电子/中微子家族(Lepton family),以及为什么标准模型最初要求中微子是无质量的。 第五章:强相互作用:量子色动力学(QCD) QCD 是描述夸克和胶子之间强核力的理论。本章将深入剖析 SU(3) 规范理论的特性,特别是渐近自由(Asymptotic Freedom)——在高能下,强力减弱的现象,以及夸克禁闭(Confinement)——在低能下,夸克和胶子不能单独存在的现象。我们将讨论这些特性如何通过胶子自身的非零自旋和规范场之间的相互作用来产生。 第六章:电弱统一:对称性的破缺与质量的起源 这是标准模型最精妙的部分。本章聚焦于 自发对称性破缺(Spontaneous Symmetry Breaking, SSB)。我们将详细描述 希格斯机制(Higgs Mechanism)如何通过引入一个复值的标量场——希格斯场——来“冻结” $ ext{SU}(2)_L imes ext{U}(1)_Y$ 的对称性,从而赋予 W 和 Z 规范玻色子质量,同时保持光子的无质量性。我们还将分析由此产生的希格斯玻色子的性质及其与费米子的耦合。 第三部分:实验检验与标准模型的局限性 标准模型在描述已观测到的粒子现象方面取得了空前的成功,但它并非终极理论。本部分将对比理论预测与实验结果,并探讨模型无法解释的物理现象。 第七章:规范玻色子与费米子质量的精确测量 本章回顾了从早期对中微子实验的分析到大型强子对撞机(LHC)的最新结果,重点关注 W、Z 玻色子的质量测量以及它们与电荷的耦合常数的关联。对顶夸克(Top Quark)的生产和衰变截面的精确计算,如何证实了标准模型中夸克-胶子耦合的细节。 第八章:中微子振荡:标准模型之外的证据 标准模型要求中微子是无质量的,然而实验观测到的中微子振荡(Neutrino Oscillation)现象无可辩驳地证明了中微子具有微小的质量。本章将解释混合矩阵(PMNS 矩阵)如何描述中微子味态在传播过程中的演化。中微子质量的起源是当前粒子物理学最大的未解难题之一,它强有力地暗示了超越标准模型的物理学存在。 第九章:标准模型的未解之谜与未来展望 标准模型是一个极其成功的框架,但其遗留问题众多,例如: 1. 引力的缺失: 标准模型没有包含广义相对论,缺乏对引力的量子描述。 2. 暗物质和暗能量: 模型中所有已知的粒子仅构成了宇宙中总能量密度的约5%。暗物质和暗能量的本质仍是未知数。 3. 质量的层级问题(Hierarchy Problem): 为什么希格斯玻色子的质量(约125 GeV)比普朗克尺度(引力尺度)低了惊人的 $10^{32}$ 量级?这个问题提示了超对称性或其他新物理学的存在。 4. 夸克与轻子的质量谱: 模型无法解释为什么存在三代粒子,以及每代粒子的质量为何相差悬殊。 本章将概述当前主要的理论探索方向,包括超对称粒子(SUSY)、额外维度理论以及更大规范群的统一理论,为读者指明通往下一代粒子物理学理论的可能路径。 结论 本书通过对量子场论的严谨推导和对标准模型结构的细致解构,展示了人类对微观世界理解的辉煌成就。然而,实验的精确性同时也揭示了该理论的边界。理解这些边界,正是推动基础物理学不断前进的动力所在。本书的最终目的,是培养读者批判性地看待当前理论框架的能力,并激发对未来物理学突破的探索热情。

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《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书,对我而言,不仅仅是一本关于粒子物理学的著作,更像是一次深入宇宙基本法则的哲学之旅。作者以极其严谨且富有启发性的方式,为我们剖析了夸克和轻子这些基本粒子的性质,以及它们如何在规范场的“指引”下,构成了我们所熟知的物质世界。我非常欣赏书中对“内部对称性”的讨论。那些看似微不足道的对称性,却隐藏着深刻的物理规律,并与粒子的“味”和“荷”等属性紧密相连。作者在解释“电荷”这一概念时,将其与电磁规范场的“规范性”联系起来,让我对电荷的本质有了更深的理解。它不再仅仅是一个抽象的数字,而是与某种更基本的场性质相关联。书中对夸克“色荷”的描述,也给我留下了深刻的印象。那些拥有不同“颜色”的夸克,正是通过交换“胶子”这种携带色荷的粒子,才得以在强相互作用下束缚在一起。这种“颜色”的比喻,虽然是一种简化,但却极大地帮助我理解了强相互作用的本质。此外,书中对轻子家族的细致分类,以及它们与弱相互作用的微妙联系,也让我对宇宙的构成有了更精密的认识。阅读这本书,需要耐心和思考,但每一次的深入,都能让我对物理学世界的宏大图景有更清晰的认识。

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在我阅读过的所有关于粒子物理学的书籍中,《Quarks, Leptons and Gauge Fields》无疑是其中最令人印象深刻的一本。它以一种极其精炼而又深刻的方式,揭示了构成物质世界最基本单元——夸克和轻子的奥秘,以及它们之间通过规范场发生的复杂相互作用。作者的叙述方式非常独特,他并没有将这些抽象的概念描绘得遥不可及,而是通过一系列精心设计的论证和比喻,将它们带到读者的面前。我尤其对书中关于“量子纠缠”的讨论感到着迷。尽管本书主要聚焦于夸克和轻子的静态性质以及相互作用,但作者在某些章节中,也隐约提到了量子纠缠在更广泛的物理现象中的重要性。他通过对粒子“全同性”的阐述,引出了费米子之间“泡利不相容原理”的深刻含义,这不仅解释了电子为何能够填充原子轨道,也为理解物质的稳定性提供了关键线索。此外,书中对“量子场”概念的引入,让我对粒子的本质有了全新的认识。粒子不再是独立存在的点粒子,而是量子场在该点上的激发。这种“场”的视角,贯穿了整本书,并与规范场理论紧密结合,勾勒出了一个统一的物理世界图景。阅读《Quarks, Leptons and Gauge Fields》的过程,就像是在进行一场智力冒险,每一次的深入都伴随着惊喜和顿悟。

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对于任何渴望深入了解我们宇宙构成之谜的读者来说,《Quarks, Leptons and Gauge Fields》都是一本不容错过的杰作。这本书以其卓越的洞察力和清晰的论述,将夸克和轻子这两个基本粒子家族,以及它们相互作用的机制,呈现在我们面前。作者并没有满足于仅仅介绍这些粒子的基本性质,而是深入到它们存在的“原因”和“联系”上去。我尤其对书中关于“守恒定律”的讨论印象深刻。那些看似抽象的守恒定律,在作者的笔下,与夸克和轻子的相互作用,以及规范场的存在,形成了密不可分的联系。例如,电荷守恒与电磁规范场的存在,就如同一枚硬币的两面。作者在解释强相互作用时,对“色荷”这一概念的引入,让我对夸克之间那种看不见的“粘合力”有了更深刻的理解。那些带有不同“颜色”的夸克,正是通过交换胶子这种“色荷传递者”,才得以稳定地结合在一起,形成质子和中子。这种对“颜色”这一比喻的运用,极大地降低了理解门槛。同时,书中对轻子家族的详尽介绍,也让我对中微子、μ子、τ子这些粒子有了更全面的认识,以及它们在粒子衰变等过程中扮演的角色。阅读这本书,不仅仅是学习知识,更是一种思维的训练,它教会我如何从更宏观的理论框架去审视微观世界的运行规律。

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《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书,以其无与伦比的深度和广度,彻底改变了我对粒子物理学的认知。它不仅仅是一本关于夸克和轻子的科普读物,更是一部关于宇宙基本法则的探索史。作者以一种极其深刻的哲学视角,将这些微观粒子置于一个更宏大的理论背景下进行审视。我特别欣赏书中对“对称性自发破缺”的讲解。它解释了为什么粒子具有质量,以及为什么宇宙中的基本力会有如此不同的表现形式。这种“破缺”并非意味着秩序的丧失,而是另一种更精妙的秩序的诞生。作者在阐述标准模型时,对于基本粒子如何通过规范场进行相互作用的描绘,堪称精妙绝伦。那些无处不在但又无形无色的规范场,正是维系粒子世界运转的“看不见的手”。我花费了大量时间去理解书中关于“费米子”和“玻色子”的区分,以及它们在粒子统计和相互作用上的根本差异。这种对粒子“属性”的深入挖掘,让我对宇宙的构成有了更精细的认识。本书的内容并非易于消化,有些章节需要反复推敲,但每一次的努力都能带来巨大的收获。它就像一个未知的迷宫,每一次的探索都能发现新的风景。这本书让我对物理学的逻辑严谨性和思想深度有了前所未有的认识,也激发了我继续探索宇宙奥秘的强烈愿望。

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我一直对物理学的基本构成部分怀有浓厚的好奇心,从原子到更小的粒子,每一次的深入探索都让我惊叹于宇宙的精妙。当我翻开《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书时,我仿佛被带入了一个全新的世界,一个由极小粒子构建的、极其严谨且逻辑自洽的体系。《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书并非只是简单罗列基本粒子的名称和性质,它更像是一本哲学著作,深入探讨了构成我们宇宙最基本元素的“存在方式”。作者以一种极为细腻且富有启发性的方式,为我们揭示了夸克和轻子这些基本粒子的内在联系,以及它们如何通过规范场这种看不见的“媒介”相互作用。我尤其对书中关于“对称性”的论述印象深刻。在物理学中,对称性往往意味着某种深刻的统一性,而本书作者正是通过对称性的视角,将看似杂乱无章的粒子世界梳理得井井有条。他详细阐述了量子色动力学(QCD)和量子电动力学(QED)等理论的基石,展示了规范场理论如何优雅地描述电磁力、强力等基本相互作用。读这本书的过程,对我而言不仅仅是知识的积累,更像是一种智力的锻炼,迫使我不断思考、推理,去理解那些超越日常经验的抽象概念。书中对数学语言的运用也恰到好处,既保证了理论的严谨性,又不会让非专业读者望而却步。我常常在阅读一段文字后,会停下来,反复咀嚼作者的观点,尝试在脑海中构建出粒子相互作用的画面。这种沉浸式的阅读体验,让《Quarks, Leptons and Gauge Fields》成为我近期最满意的一本科学著作,它极大地满足了我对粒子物理世界的求知欲,并为我打开了理解宇宙奥秘的一扇新窗户。

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《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书,对我这样一名对物理学理论的深度探索有着强烈渴望的读者来说,无疑是一份宝贵的财富。它所涵盖的内容,远不止是简单地介绍夸克和轻子的“名录”,而是深入到这些基本粒子的“行为模式”和“相互关系”的根本原因。作者以极其严谨的态度,构建了一个基于量子场论的宏大框架,在这个框架下,粒子不再是孤立的点,而是量子场的激发态。我对书中关于“自旋”和“宇称”的讨论尤为着迷。这些属性看似微不足道,却深刻地影响着粒子的相互作用方式,也决定了宇宙的某些基本性质。作者在阐述量子色动力学(QCD)时,对“渐近自由”和“禁闭”现象的解释,让我对强相互作用的复杂性有了更直观的感受。那些在极短距离内表现得异常“温顺”的夸克,在稍远一些的距离就会展现出惊人的“束缚力”,这种反直觉的特性,正是本书在解释时所展现出的深刻洞察力。此外,书中对轻子家族的细致分类,以及它们与弱相互作用的微妙联系,也让我受益匪浅。我常常被作者那种抽丝剥茧般的分析能力所折服,他能够将复杂的理论分解成一个个逻辑清晰的环节,让读者能够循序渐进地理解。在阅读过程中,我不仅学习了理论知识,更重要的是,我学会了如何用一种更具分析性和批判性的思维方式去审视物理现象。这本书就像是一把钥匙,为我打开了理解宇宙深层结构的密码。

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当我翻开《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书时,我并没有预设它会是一本多么枯燥乏味的理论书籍。然而,事实证明,这本书以其独特的魅力,彻底颠覆了我的刻板印象。作者将复杂晦涩的粒子物理学理论,以一种清晰且富有逻辑性的方式呈现出来,让我得以窥见构成我们宇宙的基石。我尤其对书中关于“洛伦兹协变性”的讨论印象深刻。这种性质确保了物理定律在不同惯性参考系下具有相同的形式,是相对论在量子场论中的体现。作者通过它来阐述粒子运动和相互作用的规律,为我们构建了一个在时空中运动的粒子世界。他对“量子场”的描述,也让我对粒子的本质有了更深入的理解。粒子不再是孤立的点,而是量子场的激发,它们的存在和行为都与相应的场紧密相连。书中对夸克和轻子家族的细致描绘,以及它们之间通过规范场进行的相互作用,都让我对宇宙的运行机制有了更清晰的认识。我花了许多时间去理解书中关于“费米子”和“玻色子”的区分,以及它们在粒子统计和相互作用上的不同。这种对粒子“身份”的深入挖掘,让我对物质世界的构成有了更精密的认识。这本书的阅读过程,对我来说,既是知识的积累,更是一种思维的升华。

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我一直认为,真正的科学读物,不应该仅仅停留在知识的罗列,更重要的是要激发读者的思考,引导读者去探索更深层次的意义。《Quarks, Leptons and Gauge Fields》正是这样一本在我心中占据重要位置的书。它以一种近乎艺术的笔触,描绘了粒子物理学中最基本、也最迷人的组成部分——夸克和轻子。作者并没有回避那些看似艰深的概念,反而以一种循循善诱的方式,将规范场论这一强大的理论工具,与基本粒子的性质和相互作用紧密结合起来。我非常欣赏书中关于“汤川耦合”的阐述,它巧妙地解释了粒子之间如何通过交换介子来传递力,这种“传递”的过程,在我看来,就是宇宙中最基本的“沟通”方式。作者在解释量子电动力学(QED)时,对光子传播路径的概率性描述,让我深刻理解了量子世界的“不确定性”原则。每一次的散射,都不是预先注定的,而是多种可能性的叠加。这种对概率的深入探讨,也延伸到了对轻子行为的描述,让我对中微子这些“幽灵粒子”有了更深的认识。本书的结构也十分合理,从夸克的种类、性质,到轻子的多样性,再到规范场在它们之间的作用,层层递进,逻辑严谨。每一次阅读,我都能从中获得新的感悟,对宇宙的理解也更加深入。它不是一本我能一次性读完就丢弃的书,而是需要我反复研读,细细品味其内在的逻辑与美感。

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说实话,在拿起《Quarks, Leptons and Gauge Fields》之前,我曾对粒子物理学抱有一丝畏惧感,总觉得那是一个充斥着高深数学和抽象概念的领域,普通人难以企及。然而,这本书彻底打破了我的固有认知。作者以一种引人入胜的叙事方式,将原本晦涩难懂的夸克、轻子以及它们之间的相互作用,以一种相对易于理解的方式呈现出来。他并没有一味地堆砌公式,而是通过生动的比喻和清晰的逻辑,引导读者一步步走进粒子物理学的殿堂。书中对于“规范不变性”的阐释,让我对物理学中的“规律”有了全新的认识。原来,那些看似无形无色的规范场,正是宇宙运行的基本法则,它们约束着粒子行为,赋予了粒子以特定的“身份”。我特别欣赏作者在解释费曼图时的细腻之处,那些看似简单的图形,却承载了复杂的粒子散射过程。他详细剖析了每一个顶点、每一条线所代表的物理意义,让我得以窥见粒子间“对话”的奥秘。这本书不仅让我了解了夸克和轻子这些基本粒子,更让我理解了它们是如何在规范场的“指挥”下,构成了我们所见的万事万物。每当我读到关于“手征对称性破缺”或者“希格斯机制”的章节时,都感觉自己如同置身于一个宏大的物理实验现场,亲眼见证着宇宙演化的奇迹。尽管某些章节需要反复阅读和思考,但这种挑战也正是这本书的魅力所在。它不是一本看完就束之高阁的书,而是一本值得反复品味、不断学习的经典。

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《Quarks, Leptons and Gauge Fields》这本书,对我而言,是一次对宇宙最基本构成单元的深度探险。作者以其卓越的学识和精妙的叙述,将构成我们现实世界最微小的粒子——夸克和轻子,以及它们之间微妙而强大的相互作用,生动地展现在读者面前。我尤其对书中关于“能量-动量守恒”的讨论感到惊叹。这些看似简单的物理学基本原理,在本书中与夸克和轻子的相互作用,以及规范场的存在,紧密地联系在一起,构成了一个自洽的理论体系。作者在阐述量子色动力学(QCD)时,对“夸克禁闭”现象的解释,让我对强相互作用有了全新的认识。那些拥有“颜色”的夸克,正是通过交换“胶子”这种粒子,才得以被束缚在质子和中子内部,无法单独存在。这种“禁闭”的机制,虽然抽象,却深刻地影响着物质世界的结构。此外,书中对轻子家族的详细介绍,以及它们与弱相互作用的联系,也让我对宇宙的组成有了更全面的认识。阅读这本书,不仅仅是学习知识,更是一种对物理学逻辑严谨性和思想深度的体验。它让我明白,科学的魅力在于不断探索未知的领域,并尝试理解那些最基本的规律。

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