量子色動(dòng)力學(xué)引論

內(nèi)容概要

　　量子色動(dòng)力學(xué)(quantum
chromodynamics，簡(jiǎn)稱qcd)是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的新理論，曾獲得2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，它已成為強(qiáng)相互作用的基本理論。本書(shū)作為量子色動(dòng)力學(xué)理論入門(mén)，內(nèi)容包括量子色動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)及其應(yīng)用。本書(shū)可以分為三部分：第一部分(第一、二章)敘述了量子色動(dòng)力學(xué)建立前的重要物理實(shí)驗(yàn)事實(shí)，夸克模型、夸克—部分子模型、色自由度概念引入的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和概述。第二部分(第三至六章)介紹了量子色動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)，包括非abel規(guī)范場(chǎng)、路徑積分量子化、正規(guī)化、重整化和重整化群方程。第三部分(后四章)介紹了量子色動(dòng)力學(xué)理論對(duì)單舉和遍舉物理過(guò)程的應(yīng)用，bethe—salpeter波函數(shù)和強(qiáng)子分布振幅，量子色動(dòng)力學(xué)求和規(guī)則和光錐求和規(guī)則。
　　本書(shū)一個(gè)最大的特點(diǎn)是后半部?jī)?nèi)容新，其中包括了作者多年來(lái)的部分研究成果。本書(shū)可以作為粒子物理和核物理領(lǐng)域的研究生的教材或參考書(shū)，也可供剛進(jìn)入研究領(lǐng)域的博士生、青年教師和青年科研人員參考。

作者簡(jiǎn)介

　　黃濤
1963年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系，1966年中國(guó)科學(xué)院原子能所研究生畢業(yè)，1985年起任中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師。曾任中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，理論物理研究室主任，中國(guó)物理學(xué)會(huì)高能物理分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、副理事長(zhǎng)，中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任，國(guó)家基金委重大研究計(jì)劃和科技部973項(xiàng)目專家組成員等職。1999-2006年任職國(guó)際IUPAP粒子物理專業(yè)(C11)委員會(huì)?，F(xiàn)任《中國(guó)物理快報(bào)》副主編。長(zhǎng)期從事理論物理和高能物理研究，發(fā)表研究論文約200篇。主要研究方向包括量子色動(dòng)力學(xué)的微擾和非微擾理論、強(qiáng)子物理、重味物理、新物理探討、復(fù)合粒子場(chǎng)論以及層子模型理論等。

書(shū)籍目錄

第一章　引言　
　1.1　從湯川介子交換理論到量子色動(dòng)力學(xué)(qcd)　
　1.2　標(biāo)準(zhǔn)模型理論的檢驗(yàn)和面臨的挑戰(zhàn)　
　參考文獻(xiàn)　
第二章　夸克-部分子模型　
　2.1　強(qiáng)子譜和夸克模型　
　2.2　色自由度的引入和實(shí)驗(yàn)證據(jù)　
　2.3　深度非彈性散射過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)　
　2.4　標(biāo)度無(wú)關(guān)性現(xiàn)象和部分子模型　
　2.5　無(wú)窮大動(dòng)量系中的部分子圖像　
　2.6　部分子分布函數(shù)和唯象　
　參考文獻(xiàn)　
第三章　規(guī)范原理和非abel規(guī)范場(chǎng)　
　3.1　對(duì)稱性和守恒流　
　3.2　規(guī)范不變性和電磁相互作用　
　3.3　非abel規(guī)范場(chǎng)　
　3.4　夸克色自由度和膠子　
　3.5　qcd手征對(duì)稱性　
　參考文獻(xiàn)　
第四章　非abel規(guī)范場(chǎng)量子化和feynman規(guī)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(guī)范場(chǎng)量子化　
　4.4　grassmann代數(shù)和fermi子場(chǎng)量　
　4.5　協(xié)變規(guī)范下qcd有效拉氏函數(shù)和feynman規(guī)則　
　4.6　becchi-rouet-stora(brs)變換　
　4.7　qcd在光錐規(guī)范下正則量子化　
　參考文獻(xiàn)　
第五章　qcd理論的正規(guī)化和重整化　
　5.1　維數(shù)正規(guī)化　
　5.2　重整化基本思想(單圈圖)　
　5.3　表面發(fā)散度和可重整理論　
　5.4　qcd完整的feynman規(guī)則　
　5.5　單圈圖下重整化常數(shù)　
　5.6　單圈圖近似β(g)函數(shù)和漸近自由　
　5.7　推廣的ward-takahashi恒等式(slavnov-taylor恒等式)　
　5.8　qcd理論的可重整性　
　參考文獻(xiàn)　
第六章　重整化群方程及其一般解　
　6.1　重整化標(biāo)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(diǎn)和漸近自由　
　6.5　qcd重整化群函數(shù)和λqcd參量　
　參考文獻(xiàn)　
第七章　微擾qcd應(yīng)用舉例　
　7.1　正、負(fù)電子湮滅為強(qiáng)子過(guò)程　
　7.2　正、負(fù)電子湮滅為強(qiáng)子過(guò)程中qcd單圈圖修正　
　7.3　復(fù)合算符和算符乘積展開(kāi)　
　7.4　算符乘積自由場(chǎng)展開(kāi)和部分子模型　
　7.5　標(biāo)度無(wú)關(guān)性破壞現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)函數(shù)的演化過(guò)程　
　7.6　重整化群方程應(yīng)用到深度非彈散射過(guò)程　
　7.7　強(qiáng)子碰撞中的drell-yan過(guò)程　
　7.8　qcd噴注　
　參考文獻(xiàn)　
第八章　微擾qcd對(duì)遍舉過(guò)程的應(yīng)用　
　8.1　強(qiáng)子的光錐波函數(shù)　
　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(guò)程中螺旋度守恒規(guī)則　
　8.6　大q2下重子電磁形狀因子的漸近預(yù)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(xiàn)　
第九章　強(qiáng)子分布振幅和束縛態(tài)波函數(shù)　
　9.1　強(qiáng)子分布振幅及其模型構(gòu)造　
　9.2　正、反粒子四點(diǎn)green函數(shù)　
　9.3　正、反粒子bethe-salpeter方程和束縛態(tài)波函數(shù)　
　9.4　正、反粒子束縛態(tài)波函數(shù)的正交歸一條件　
　9.5　正、反粒子束縛態(tài)波函數(shù)的一般形式　
　9.6　重子價(jià)夸克態(tài)波函數(shù)的bethe-salpeter方程　
　參考文獻(xiàn)　
第十章　qcd求和規(guī)則和光錐求和規(guī)則　
　10.1　qcd物理真空和真空凝聚　
　10.2　算符乘積展開(kāi)和真空凝聚　
　10.3　s矩陣元解析性質(zhì)和色散關(guān)系　
　10.4　求和規(guī)則和borel變換　
　10.5　普適的真空凝聚參量　
　10.6　qcd求和規(guī)則應(yīng)用舉例　
　10.7　qcd光錐求和規(guī)則的基本思想　
　10.8　贗標(biāo)介子領(lǐng)頭階和非領(lǐng)頭階光錐波函數(shù)　
參考文獻(xiàn)　
附錄a　符號(hào)和約定　
附錄b　s矩陣、躍遷矩陣元、截面和衰變寬度　
附錄c　基本過(guò)程e+e-→μ+μ-的截面　
附錄d　su(3)色空間生成元和相關(guān)公式　
附錄e　d維空間代數(shù)和相關(guān)公式　
名詞索引　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：插圖：對(duì)稱性破缺最早是1956年李政道和楊振寧提出宇稱（左右）對(duì)稱性在弱相互作用下破缺，即宇稱不守恒規(guī)律。這就打破了人們?cè)跉v史上一貫以對(duì)稱性守恒為物理學(xué)基本規(guī)律的觀念。1964年人們又發(fā)現(xiàn)宇稱（P）和電荷共軛（C）的聯(lián)合（CP）也是對(duì)稱性破缺的。因此，人們逐漸認(rèn)識(shí)到對(duì)稱性和它的破缺才是自然界中的基本規(guī)律。自然界中宇稱（P）、電荷共軛（C）以及它們的聯(lián)合（CP）并不守恒（如果自然界中CPT是守恒的，那么CP不守恒就意味著時(shí)間（T）反演不守恒）。1964年實(shí)驗(yàn)上首先從K介子系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)宇稱和電荷共軛聯(lián)合（CP）不守恒。日本科學(xué)家小林誠(chéng)、益川敏英在1973年提出對(duì)稱性破缺的來(lái)源并預(yù)言了自然界至少存在三代夸克，最近B工廠的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了B介子中存在CP不守恒現(xiàn)象。近年來(lái)關(guān)于中微子混合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也促使人們進(jìn)一步探討輕子系統(tǒng)中存在CP不守恒現(xiàn)象的可能性。關(guān)于CP不守恒的根源，從理論上推測(cè)，有可能是存在一種新的相互作用，也有可能是真空對(duì)稱性自發(fā)破缺引起的。在弱、電統(tǒng)一模型成功的同時(shí)預(yù)言了一種中性標(biāo)量粒子的存在，稱其為Higgs粒子。迄今大量實(shí)驗(yàn)支持電弱統(tǒng)一理論中的SU（2）×U（1）規(guī)范作用部分，但一直未找到Higgs粒子，目前實(shí)驗(yàn)確定Higgs粒子的質(zhì)量限是大于114.3GeV。這就成為近20年來(lái)粒子物理中的一個(gè)令人不解的謎——Higgs粒子在哪里？如果Higgs粒子不存在，那么對(duì)稱性破缺的機(jī)制是什么？在歐洲核子研究中心（CERN）2009年開(kāi)始運(yùn)行的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），歷時(shí)10多年的投資達(dá)幾十億美元，其物理目標(biāo)之一就是要回答對(duì)稱性破缺的本質(zhì)這一疑難。

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