量子色動力學(quantum
chromodynamics,簡稱qcd)是20世紀70年代初發展起來的新理論,曾獲得2004年諾貝爾物理學獎,它已成為強相互作用的基本理論。本書作為量子色動力學理論入門,內容包括量子色動力學理論基礎及其應用。本書可以分為三部分︰第一部分(第一、二章)敘述了量子色動力學建立前的重要物理實驗事實,夸克模型、夸克—部分子模型、色自由度概念引入的實驗基礎和概述。第二部分(第三至六章)介紹了量子色動力學理論基礎,包括非abel規範場、路徑積分量子化、正規化、重整化和重整化群方程。第三部分(後四章)介紹了量子色動力學理論對單舉和遍舉物理過程的應用,bethe—salpeter波函數和強子分布振幅,量子色動力學求和規則和光錐求和規則。
本書一個最大的特點是後半部內容新,其中包括了作者多年來的部分研究成果。本書可以作為粒子物理和核物理領域的研究生的教材或參考書,也可供剛進入研究領域的博士生、青年教師和青年科研人員參考。
目錄
第一章 引言
1.1 從湯川介子交換理論到量子色動力學(qcd)
1.2 標準模型理論的檢驗和面臨的挑戰
參考文獻
第二章 夸?-部分子模型
2.1 強子譜和夸克模型
2.2 色自由度的引入和實驗證據
2.3 深度非彈性散射過程運動學
2.4 標度無關性現象和部分子模型
2.5 無窮大動量系中的部分子圖像
2.6 部分子分布函數和唯象
參考文獻
第三章 規範原理和非abel規範場
3.1 對稱性和守恆流
3.2 規範不變性和電磁相互作用
3.3 非abel規範場
3.4 夸克色自由度和膠子
3.5 qcd手征對稱性
參考文獻
第四章 非abel規範場量子化和feynman規則
4.1 正則量子化的困難和泛函積分方法
4.2 生成泛函和微擾論
4.3 非abel規範場量子化
4.4 grassmann代數和fermi子場量
4.5 協變規範下qcd有效拉氏函數和feynman規則
4.6 becchi-rouet-stora(brs)變換
4.7 qcd在光錐規範下正則量子化
參考文獻
第五章 qcd理論的正規化和重整化
5.1 維數正規化
5.2 重整化基本思想(單圈圖)
5.3 表面發散度和可重整理論
5.4 qcd完整的feynman規則
5.5 單圈圖下重整化常數
5.6 單圈圖近似β(g)函數和漸近自由
5.7 推廣的ward-takahashi恆等式(slavnov-taylor恆等式)
5.8 qcd理論的可重整性
參考文獻
第六章 重整化群方程及其一般解
6.1 重整化標度和重整化群
6.2 重整化群方程
6.3 重整化群方程的一般解
6.4 重整化群固定點和漸近自由
6.5 qcd重整化群函數和λqcd參量
參考文獻
第七章 微擾qcd應用舉例
7.1 正、負電子湮滅為強子過程
7.2 正、負電子湮滅為強子過程中qcd單圈圖修正
7.3 復合算符和算符乘積展開
7.4 算符乘積自由場展開和部分子模型
7.5 標度無關性破壞現象和結構函數的演化過程
7.6 重整化群方程應用到深度非彈散射過程
7.7 強子踫撞中的drell-yan過程
7.8 qcd噴注
參考文獻
第八章 微擾qcd對遍舉過程的應用
8.1 強子的光錐波函數
8.2 介子電磁形狀因子的大q2漸近行為
8.3 介子-光子躍遷形狀因子
8.4 介子分布振幅的演化方程
8.5 遍舉過程中螺旋度守恆規則
8.6 大q2下重子電磁形狀因子的漸近預言
8.7 重夸克偶素(qq)的衰變(i)
8.8 重夸克偶素(qq)的衰變(ii)
參考文獻
第九章 強子分布振幅和束縛態波函數
9.1 強子分布振幅及其模型構造
9.2 正、反粒子四點green函數
9.3 正、反粒子bethe-salpeter方程和束縛態波函數
9.4 正、反粒子束縛態波函數的正交歸一條件
9.5 正、反粒子束縛態波函數的一般形式
9.6 重子價夸克態波函數的bethe-salpeter方程
參考文獻
第十章 qcd求和規則和光錐求和規則
10.1 qcd物理真空和真空凝聚
10.2 算符乘積展開和真空凝聚
10.3 s矩陣元解析性質和色散關系
10.4 求和規則和borel變換
10.5 普適的真空凝聚參量
10.6 qcd求和規則應用舉例
10.7 qcd光錐求和規則的基本思想
10.8 贗標介子領頭階和非領頭階光錐波函數
參考文獻
附錄a 符號和約定
附錄b s矩陣、躍遷矩?元、截面和衰變寬度
附錄c 基本過程e+e-→μ+μ-的截面
附錄d su(3)色空間生成元和相關公式
附錄e d維空間代數和相關公式
名詞索引
1.1 從湯川介子交換理論到量子色動力學(qcd)
1.2 標準模型理論的檢驗和面臨的挑戰
參考文獻
第二章 夸?-部分子模型
2.1 強子譜和夸克模型
2.2 色自由度的引入和實驗證據
2.3 深度非彈性散射過程運動學
2.4 標度無關性現象和部分子模型
2.5 無窮大動量系中的部分子圖像
2.6 部分子分布函數和唯象
參考文獻
第三章 規範原理和非abel規範場
3.1 對稱性和守恆流
3.2 規範不變性和電磁相互作用
3.3 非abel規範場
3.4 夸克色自由度和膠子
3.5 qcd手征對稱性
參考文獻
第四章 非abel規範場量子化和feynman規則
4.1 正則量子化的困難和泛函積分方法
4.2 生成泛函和微擾論
4.3 非abel規範場量子化
4.4 grassmann代數和fermi子場量
4.5 協變規範下qcd有效拉氏函數和feynman規則
4.6 becchi-rouet-stora(brs)變換
4.7 qcd在光錐規範下正則量子化
參考文獻
第五章 qcd理論的正規化和重整化
5.1 維數正規化
5.2 重整化基本思想(單圈圖)
5.3 表面發散度和可重整理論
5.4 qcd完整的feynman規則
5.5 單圈圖下重整化常數
5.6 單圈圖近似β(g)函數和漸近自由
5.7 推廣的ward-takahashi恆等式(slavnov-taylor恆等式)
5.8 qcd理論的可重整性
參考文獻
第六章 重整化群方程及其一般解
6.1 重整化標度和重整化群
6.2 重整化群方程
6.3 重整化群方程的一般解
6.4 重整化群固定點和漸近自由
6.5 qcd重整化群函數和λqcd參量
參考文獻
第七章 微擾qcd應用舉例
7.1 正、負電子湮滅為強子過程
7.2 正、負電子湮滅為強子過程中qcd單圈圖修正
7.3 復合算符和算符乘積展開
7.4 算符乘積自由場展開和部分子模型
7.5 標度無關性破壞現象和結構函數的演化過程
7.6 重整化群方程應用到深度非彈散射過程
7.7 強子踫撞中的drell-yan過程
7.8 qcd噴注
參考文獻
第八章 微擾qcd對遍舉過程的應用
8.1 強子的光錐波函數
8.2 介子電磁形狀因子的大q2漸近行為
8.3 介子-光子躍遷形狀因子
8.4 介子分布振幅的演化方程
8.5 遍舉過程中螺旋度守恆規則
8.6 大q2下重子電磁形狀因子的漸近預言
8.7 重夸克偶素(qq)的衰變(i)
8.8 重夸克偶素(qq)的衰變(ii)
參考文獻
第九章 強子分布振幅和束縛態波函數
9.1 強子分布振幅及其模型構造
9.2 正、反粒子四點green函數
9.3 正、反粒子bethe-salpeter方程和束縛態波函數
9.4 正、反粒子束縛態波函數的正交歸一條件
9.5 正、反粒子束縛態波函數的一般形式
9.6 重子價夸克態波函數的bethe-salpeter方程
參考文獻
第十章 qcd求和規則和光錐求和規則
10.1 qcd物理真空和真空凝聚
10.2 算符乘積展開和真空凝聚
10.3 s矩陣元解析性質和色散關系
10.4 求和規則和borel變換
10.5 普適的真空凝聚參量
10.6 qcd求和規則應用舉例
10.7 qcd光錐求和規則的基本思想
10.8 贗標介子領頭階和非領頭階光錐波函數
參考文獻
附錄a 符號和約定
附錄b s矩陣、躍遷矩?元、截面和衰變寬度
附錄c 基本過程e+e-→μ+μ-的截面
附錄d su(3)色空間生成元和相關公式
附錄e d維空間代數和相關公式
名詞索引
序
物理學是研究物質、能量以及它們之間相瓦作用的科學。她不僅是化學、生命、材料、信息、能源和環境等相關學科的基礎,同時還是許多新興學科和交叉學科的前沿。在科技發展日新月異和國際競爭日趨激烈的今天,物理學不僅囿于基礎科學和技術應用研究的範疇,而且在社會發展與人類進步的歷史進程中發揮著越來越關鍵的作用。
我們欣喜地看到,改革開放三十多年來,隨著中國政治、經濟、教育、文化等領域各項事業的持續穩定發展,我國物理學取得了跨越式的進步,做出了很多為世界矚目的研究成果。今日的中國物理正在經歷一個歷史上少有的黃金時代。
在我國物理學科快速發展的背景下,近年來物理學相關書籍也呈現百花齊放的良好態勢,在知識傳承、學術交流、人才培養等方面發揮著無可替代的作用。從另一方面看,盡管國內各出版社相繼推出了一些質量很高的物理教材和圖書,但系統總結物理學各門類知識和發展,深入淺出地介紹其與現代科學技術之間的淵源,並針對不同層次的讀者提供有價值的教材和研究參考,仍是我國科學傳播與出版界面臨的一個極富挑戰性的課題。
為有力推動我國物理學研究、加快相關學科的建設與發展,特別是展現近年來中國物理學者的研究水平和成果,北京大學出版社在國家出版基金的支持下推出了《中外物理學精品書系》,試圖對以上難題進行大膽的嘗試和探索。該書系編委會集結了數十位來自內地和香港頂尖高校及科研院所的知名專家學者。他們都是目前該領域十分活躍的專家,確保了整套叢書的權威性和前瞻性。
這套書系內容豐富,涵蓋面廣,可讀性強,其中既有對我國傳統物理學發展的梳理和總結,也有對正在蓬勃發展的物理學前沿的全面展示;既引進和介紹了世界物理學研究的發展動態,也面向國際主流領域傳播中國物理的優秀專著。可以說,《中外物理學精品書系》力圖完整呈現近現代世界和中國物理科學發展的全貌,是一部目前國內為數不多的兼具學術價值和閱讀樂趣的經典物理叢書。
《中外物理學精品書系>另一個突出特點是,在把西方物理的精華要義“請進來”的同時,也將我國近現代物理的優秀成果“送出去”。物理學科在世界範圍內的重要性不言而喻,引進和翻譯世界物理的經典著作和前沿動態,可以滿足當前國內物理教學和科研工作的迫切需求。另一方面,改革開放兒十年來,我國的物理學研究取得了長足發展,一大批具有較高學術價值的著作相繼問世。這套叢書首次將一些中國物理學者的優秀論著以英文版的形式直接推向國際相關研究的主流領域,使世界對中國物理學的過去和現狀有更多的深入了解,不僅充分展示出中國物理學研究和積累的“硬實力”,也向世界主動傳播我國科技文化領域不斷創新的“軟實力”,對全面提升中國科學、教育和文化領域的國際形象起到重要的促進作用。
值得一提的是,《中外物理學精品書系》還對中國近現代物理學科的經典著作進行了全面收錄。20世紀以來,中國物理界誕生了很多經典作品,但當時大都分散出版,如今很多代表性的作品已經淹沒在浩瀚的圖書海洋中,讀者們對這些論著也都是“只聞其聲,未見其真”。該書系的編者們在這方面下了很大工夫,對中國物理學科不同時期、不同分支的經典著作進行了系統地整理和收錄。這項工作具有非常重要的學術意義和社會價值,不僅可以很好地保護和傳承我國物理學的經典文獻,充分發揮其應有的傳世育人的作用,更能使廣大物理學人和青年學子切身體會我國物理學研究的發展脈絡和優良傳統,真正領悟到老一輩科學家嚴謹求實、追求卓越、博大精深的治學之美。
溫家寶總理在2006年中國科學技術大會上指出,“加強基礎研究是提升國家創新能力、積累智力資本的重要途徑,是我國躋身世界科技強國的必要條件”。中國的發展在于創新,而基礎研究正是一切創新的根本和源泉。我相信,這套《中外物理學精品書系》的出版,不僅可以使所有熱愛和研究物理學的人們從中獲取思維的啟迪、智力的挑戰和閱讀的樂趣,也將進一步推動其它相關基礎科學更好更快地發展,為我國今後的科技創新和社會進步做出應有的貢獻。
我們欣喜地看到,改革開放三十多年來,隨著中國政治、經濟、教育、文化等領域各項事業的持續穩定發展,我國物理學取得了跨越式的進步,做出了很多為世界矚目的研究成果。今日的中國物理正在經歷一個歷史上少有的黃金時代。
在我國物理學科快速發展的背景下,近年來物理學相關書籍也呈現百花齊放的良好態勢,在知識傳承、學術交流、人才培養等方面發揮著無可替代的作用。從另一方面看,盡管國內各出版社相繼推出了一些質量很高的物理教材和圖書,但系統總結物理學各門類知識和發展,深入淺出地介紹其與現代科學技術之間的淵源,並針對不同層次的讀者提供有價值的教材和研究參考,仍是我國科學傳播與出版界面臨的一個極富挑戰性的課題。
為有力推動我國物理學研究、加快相關學科的建設與發展,特別是展現近年來中國物理學者的研究水平和成果,北京大學出版社在國家出版基金的支持下推出了《中外物理學精品書系》,試圖對以上難題進行大膽的嘗試和探索。該書系編委會集結了數十位來自內地和香港頂尖高校及科研院所的知名專家學者。他們都是目前該領域十分活躍的專家,確保了整套叢書的權威性和前瞻性。
這套書系內容豐富,涵蓋面廣,可讀性強,其中既有對我國傳統物理學發展的梳理和總結,也有對正在蓬勃發展的物理學前沿的全面展示;既引進和介紹了世界物理學研究的發展動態,也面向國際主流領域傳播中國物理的優秀專著。可以說,《中外物理學精品書系》力圖完整呈現近現代世界和中國物理科學發展的全貌,是一部目前國內為數不多的兼具學術價值和閱讀樂趣的經典物理叢書。
《中外物理學精品書系>另一個突出特點是,在把西方物理的精華要義“請進來”的同時,也將我國近現代物理的優秀成果“送出去”。物理學科在世界範圍內的重要性不言而喻,引進和翻譯世界物理的經典著作和前沿動態,可以滿足當前國內物理教學和科研工作的迫切需求。另一方面,改革開放兒十年來,我國的物理學研究取得了長足發展,一大批具有較高學術價值的著作相繼問世。這套叢書首次將一些中國物理學者的優秀論著以英文版的形式直接推向國際相關研究的主流領域,使世界對中國物理學的過去和現狀有更多的深入了解,不僅充分展示出中國物理學研究和積累的“硬實力”,也向世界主動傳播我國科技文化領域不斷創新的“軟實力”,對全面提升中國科學、教育和文化領域的國際形象起到重要的促進作用。
值得一提的是,《中外物理學精品書系》還對中國近現代物理學科的經典著作進行了全面收錄。20世紀以來,中國物理界誕生了很多經典作品,但當時大都分散出版,如今很多代表性的作品已經淹沒在浩瀚的圖書海洋中,讀者們對這些論著也都是“只聞其聲,未見其真”。該書系的編者們在這方面下了很大工夫,對中國物理學科不同時期、不同分支的經典著作進行了系統地整理和收錄。這項工作具有非常重要的學術意義和社會價值,不僅可以很好地保護和傳承我國物理學的經典文獻,充分發揮其應有的傳世育人的作用,更能使廣大物理學人和青年學子切身體會我國物理學研究的發展脈絡和優良傳統,真正領悟到老一輩科學家嚴謹求實、追求卓越、博大精深的治學之美。
溫家寶總理在2006年中國科學技術大會上指出,“加強基礎研究是提升國家創新能力、積累智力資本的重要途徑,是我國躋身世界科技強國的必要條件”。中國的發展在于創新,而基礎研究正是一切創新的根本和源泉。我相信,這套《中外物理學精品書系》的出版,不僅可以使所有熱愛和研究物理學的人們從中獲取思維的啟迪、智力的挑戰和閱讀的樂趣,也將進一步推動其它相關基礎科學更好更快地發展,為我國今後的科技創新和社會進步做出應有的貢獻。
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