本书着重介绍粒子物理的基础知识,同时尽可能多地介绍相关领域前沿的情况和最新成果.书中从对称性出发,相继详细介绍强子的夸克模型、电磁作用和弱作用、弱电统一理论、强作用的规范理论QCD. 其中在弱作用部分对中性K 介子、中性B 介子和中性D 介子系统的正反粒子混合及CP 不守恒做了系统介绍,在弱电统一模型部分还给出了R.规范的费曼规则, 在强作用部分详细讨论了QCD 的重整化, 对粲偶素、例外态、胶球和混杂态、格点规范等也做了简要讨论. 书中还介绍了中微子振荡及轻子系统的CP 破坏.此外,对超出标准模以外的各种新模型,如大统一理论和超对称模型等,作了简要介绍.
样章试读
目录
- 前言
第1章概论................................................................... 1
参考文献.................................................................... 5
第2 章对称性和守恒定律..................................................... 7
2.1 总论....................................................................7
2.2 作用量、运动方程和守恒量............................................ 7
2.3 宇称变换.............................................................. 11
2.4 电荷共轭变换......................................................... 14
2.5应用：法雷定理,自旋为1的粒子不能衰变到2γ......................17
2.6 时间反演.............................................................. 20
2.7 CPT 定理.............................................................26
参考文献................................................................... 27
第3 章粒子的分类及性质：轻子和强子...................................... 28
3.1 四种相互作用......................................................... 28
3.2 轻子轻子数守恒.................................................... 30
3.2.1电子和μ子及中微子.............................................. 30
3.2.2τ子及其中微子ντ................................................. 32
3.2.3 中微子的螺旋性................................................... 33
3.2.4 轻子数守恒....................................................... 34
3.3 强子重子数守恒.................................................... 35
3.3.1 π 介子........................................................... 36
3.3.2 核子与反核子及重子数守恒........................................ 39
3.3.3 奇异粒子......................................................... 39
3.3.4 共振态........................................................... 42
3.4 散射截面、粒子寿命和衰变宽度...................................... 47
3.4.1 散射截面......................................................... 47
3.4.2 粒子寿命和衰变宽度............................................... 50
3.5 粒子衰变的运动学.................................................... 51
3.5.1 两体衰变......................................................... 51
3.5.2三体衰变、Dalitz图............................................... 52
参考文献................................................................... 55
第4章同位旋和G宇称..................................................... 56
4.1 同位旋................................................................ 56
4.1.1 同位旋概念的提出................................................. 56
4.1.2 同位旋变换....................................................... 58
4.1.3 强相互作用下的同位旋守恒定律.................................... 62
4.1.4 介子和重子的同位旋............................................... 63
4.1.5 物理过程的同位旋分析一例........................................ 66
4.2交换对称性——广义全同性原理...................................... 68
4.3 同位旋破坏........................................................... 69
4.4 G 宇称................................................................ 70
参考文献................................................................... 73
第5 章强子的夸克模型...................................................... 74
5.1 数学准备.............................................................. 75
5.1.1SU(n)群表示乘积的分解、杨图.....................................75
5.1.2 SU(3) 群的张量分析............................................... 78
5.1.3SU(3)群的生成元和Casmir算子................................... 80
5.2SU(3)夸克模型、介子和重子的SU(3)味波函数...................... 81
5.2.1 赝标介子八重态和单态味波函数.................................... 83
5.2.2 矢量介子八重态和单态味波函数.................................... 85
5.2.3 重子八重态和十重态味波函数...................................... 87
5.3 颜色自由度........................................................... 93
5.3.1 重子自旋统计关系................................................. 93
5.3.2 π0 γγ .......................................................... 94
5.3.3 e + e.湮灭过程R值的测量........................................ 94
5.4 强子的质量公式.......................................................97
5.5 介子单态和八重态的混合............................................. 99
5.6 OZI 规则.............................................................103
5.7 SU(6) 对称........................................................... 104
5.8 轨道激发态和径向激发态、多夸克态和例外态....................... 105
5.8.1 轨道和径向激发态................................................106
5.8.2 多夸克态和例外态................................................107
5.9 c,b,t 夸克的发现....................................................107
参考文献.................................................................. 108
第6 章电磁相互作用....................................................... 110
6.1 QED 及其费曼规则.................................................. 111
6.2 M.ller 散射.......................................................... 114
6.3 Bhabha 散射......................................................... 118
6.4 核子的电磁形状因子................................................. 120
6.4.1假设质子为点粒子时电子–质子弹性散射............................ 120
6.4.2电子–质子弹性散射...............................................121
6.5电子–质子非弹性散射................................................127
6.5.1 非弹性散射的结构函数............................................127
6.5.2 结构函数应用于弹性散射的情况................................... 129
6.6 核子的部分子模型................................................... 130
6.7 部分子模型与夸克模型的统一....................................... 133
参考文献.................................................................. 135
第7 章弱相互作用.......................................................... 137
7.1 历史的回顾.......................................................... 137
7.2 弱相互作用的分类................................................... 139
7.3 原子核的β 衰变..................................................... 140
7.4 宇称不守恒的发现................................................... 142
7.4.1τ–θ之谜.........................................................142
7.4.2钴60原子核β衰变中的宇称破坏................................. 142
7.5弱相互作用的V-A理论............................................. 143
7.5.1 纯轻子衰变...................................................... 144
7.5.2 半轻子衰变...................................................... 145
7.6Cabibbo理论和GIM机制........................................... 147
7.7 Kobayashi-Maskawa 模型.............................................149
7.8 四费米子点相互作用的局限性和中间玻色子......................... 151
7.9 矢量流守恒.......................................................... 152
7.10手征对称破缺和PCAC............................................. 154
7.11中性介子的混合及CP不守恒...................................... 158
7.11.1 量子力学描述................................................... 159
7.11.2 K0 . Kˉ0 混合及CP破坏........................................ 164
7.11.3 B0 . Bˉ0 混合和CP破坏........................................ 174
7.11.4 D0 . Dˉ0 混合和CP破坏........................................ 185
参考文献.................................................................. 189
第8章弱电统一的规范理论——粒子物理的标准模型.................... 192
8.1 Higgs 机制........................................................... 192
8.2 Yang-Mills 理论...................................................... 197
8.3格拉肖–温伯格–萨拉姆弱电统一模型................................ 201
8.4真空自发对称性破缺：Higgs机制.................................... 208
8.5费米子质量的获得：Yukawa耦合.................................... 216
8.6费米子与规范场相互作用II......................................... 221
8.7 纯规范场相互作用................................................... 223
8.8重整化规范(Rξ规范)中的费曼规则................................ 227
8.9 Higgs 粒子的发现.................................................... 242
参考文献.................................................................. 244
第9章强相互作用的理论QCD............................................ 246
9.1颜色的SU(3)规范对称性............................................ 247
9.2 规范场和费米子场的量子化..........................................250
9.2.1 路径积分量子化.................................................. 250
9.2.2 约化公式........................................................ 256
9.2.3 规范场的量子化.................................................. 258
9.3 QCD 的有效拉氏量和微扰论........................................ 265
9.3.1 QCD 的有效拉氏量.............................................. 265
9.3.2 微扰展开........................................................ 267
9.4 圈图修正的发散和正规化............................................ 277
9.5 发散的重整化........................................................ 286
9.5.1 表观发散度...................................................... 286
9.5.2 相互作用的可重整性..............................................288
9.5.3 QCD 的重整化...................................................292
9.5.4 重整化常数的单圈计算结果....................................... 299
9.6BRST对称性和推广的Ward-Takahashi恒等式...................... 303
9.6.1 BRST 对称性....................................................303
9.6.2推广的Ward-Takahashi恒等式(Slavnov-Taylor恒等式)............ 306
9.7 重整化群方程及其解................................................. 310
9.7.1 重整化群........................................................ 310
9.7.2 重整化群方程.................................................... 316
9.7.3 重整群方程的解.................................................. 320
9.8 渐近自由.............................................................322
9.9结构函数、部分子分布函数及其在微扰QCD中的应用.............. 328
9.9.1 深度非弹性散射过程的结构函数................................... 328
9.9.2QCD对结构函数随Q2 变化的预言................................ 331
9.9.3 应用举例........................................................ 333
9.10 QCD 中部分束缚态简介............................................ 335
9.10.1 e + e. 对撞、粲偶素和底偶素..................................... 335
9.10.2 胶球和混杂态................................................... 336
9.11非微扰QCD和格点规范理论.......................................338
参考文献.................................................................. 340
第10章中微子振荡........................................................ 343
10.1 中微子振荡的实验证据............................................. 344
10.1.1 大气中微子振荡................................................. 344
10.1.2 加速器中微子振荡...............................................346
10.1.3 太阳中微子振荡................................................. 347
10.1.4 反应堆中微子振荡...............................................349
10.2 中微子振荡的理论描述............................................. 350
10.2.1 真空中的中微子振荡.............................................350
10.2.2 物质中的中微子振荡.............................................353
10.3Dirac中微子和Majorana中微子................................... 357
10.3.1 Dirac 中微子................................................... 357
10.3.2Majorana中微子................................................358
10.4 中微子质量和跷跷板机制........................................... 360
10.5 中微子混合矩阵的参数化形式...................................... 364
10.6中微子振荡中的CP破坏...........................................364
10.7 中微子质量等级问题................................................365
10.8 未来的发展......................................................... 367
参考文献.................................................................. 368
第11章标准模型的扩充....................................................370
11.1 强、弱、电三种相互作用的大统一理论............................. 371
11.1.1 SU(5) 大统一模型............................................... 371
11.1.2SO(2N)大统一模型............................................. 386
11.1.3 味统一......................................................... 387
11.2 超对称模型......................................................... 387
11.2.1 超空间和超场................................................... 390
11.2.2整体超对称和定域超对称(超引力)................................ 391
11.2.3 整体超对称理论和最小超对称标准模型............................ 391
11.3 超弦理论和膜理论.................................................. 400
参考文献.................................................................. 401
跋.............................................................................. 403
《现代物理基础丛书》已出版书目
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