核色動力學(xué)導(dǎo)論

前言

量子色動力學(xué)是強相互作用的基本理論，它與電一弱相互作用統(tǒng)一理論組合構(gòu)成了基本粒子理論的“標(biāo)準(zhǔn)模型”，按照此模型，構(gòu)成自然界物質(zhì)的基本組元是夸克、輕子和規(guī)范玻色子（膠子、光子、w和z玻色子）及Higgs玻色子，對稱性在決定其動力學(xué)結(jié)構(gòu)中擔(dān)任中心角色，其中，構(gòu)成強相互作用物質(zhì)如核子、原子核等的基本磚塊是夸克和膠子，夸克、膠子間的相互作用由量子色動力學(xué)描述，它駕馭著形成核子和原子核體系及其演化的動力學(xué)，，量子色動力學(xué)及標(biāo)準(zhǔn)模型的發(fā)現(xiàn)和建立是人類認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用力的長期積累的知識和智慧的結(jié)晶，現(xiàn)在已知道構(gòu)成物質(zhì)的原子、原子核、核子（質(zhì)子和中子的統(tǒng)稱）、夸克層次，從原子到夸克層次的認(rèn)識伴隨探針能量分辨率提高的歷程，經(jīng)歷了漫長的歲月，“原子”這個名詞早就出現(xiàn)在古希臘的哲學(xué)辭典中，不過它是用來反映當(dāng)時人們分析物質(zhì)概念時抽象思維的極限，直到20世紀(jì)，經(jīng)過科學(xué)實驗才使物質(zhì)的原子觀點建立起來，放射性的發(fā)現(xiàn)和盧瑟福（Rutherford）α-原子大角散射實驗結(jié)果則開啟了認(rèn)識物質(zhì)的亞原子結(jié)構(gòu)的大門，盧瑟福的實驗是使α粒子穿過薄箔而發(fā)生散射，他從實驗結(jié)果得出結(jié)論：原子里有一個帶正電的核，它的直徑、大約是整個原子的十萬分之一，原子的大部分質(zhì)量集中在原子核里，電子圍繞核運動，就像一個縮小的太陽系，對氫原子，這個核就是質(zhì)子，這一實驗事實為玻爾（N，Bohr）原子結(jié)構(gòu)理論的建立提供了基礎(chǔ)，隨著中子的發(fā)現(xiàn)（Chadwick，1932），原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成的圖像逐漸形成。

內(nèi)容概要

核色動力學(xué)論述構(gòu)成強作用物質(zhì)的基本粒子——夸克和膠子的相互作用理論量子色動力學(xué)（QCD）如何駕馭夸克、膠子禁閉成核子（強子）、核子束縛在一起組成原子核及核物質(zhì)演化成強作用物質(zhì)新形態(tài)的動力學(xué)，是粒子和核物理研究最具挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域之一。     本書以量子色動力學(xué)為基礎(chǔ)，闡述核子的夸克、膠子結(jié)構(gòu)及其隨能量標(biāo)度的演化；闡明核子自旋、質(zhì)量和張量荷的起源；探究夸克、膠子色禁閉及其形成核子（強子）的動力學(xué)機制；探索QCD非常規(guī)強子態(tài)；論述重子一重子相互作用和核多體系統(tǒng)的動力學(xué)及核介質(zhì)中的夸克效應(yīng)。     第1章介紹量子色動力學(xué)基礎(chǔ)。第2章討論規(guī)范理論（QED，QCD）中的連續(xù)對稱性變換。除了通常的縱向變換外，提出了橫向?qū)ΨQ性變換；論述這些變換導(dǎo)致的縱向和橫向Ward-Takahashi恒等式和Slavnoy-Taylor恒等式，及由此得到的QED和QCD中的完全的相互作用頂角函數(shù)。    第3章至第5章描述高能標(biāo)度下的核子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、核子-核子相互作用和原子核。包括輕子-核子深度非彈散射與QCD部分子模型，推廣的部分子模型，部分子求和規(guī)則，核子自旋物理、核子質(zhì)量的QCD結(jié)構(gòu)，核子的電磁形狀因子，核子-核子碰撞和核的Drell-Yan過程，輕子-核子深度非彈散射和核的EMC效應(yīng)。    第6章至第10章論述低能標(biāo)度下QCD理論及其對核子（強子）和核結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用。包括QCD非微擾途徑——格點QCD、Dyson-Schwinger方程、QCD求和規(guī)則和有效場論途徑研究，夸克、膠子色禁閉和手征對稱性破缺動力學(xué)，低能標(biāo)度下核子的性質(zhì)、核子（重子）激發(fā)態(tài)、非常規(guī)強子態(tài)，及由QCD有效場論途徑導(dǎo)出的夸克-介子耦合近似圖像應(yīng)用于重子一重子相互作用和核多體問題的研究。    本書可供大學(xué)物理系高年級學(xué)生、研究生及相關(guān)研究人員參考。

書籍目錄

總序前言符號約定第1章  夸克模型與量子色動力學(xué)基礎(chǔ)  1.1 強子的夸克模型  1.2 標(biāo)準(zhǔn)模型  1.3 量子色動力學(xué)    1.3.1 QCD拉氏量的定域?qū)ΨQ性    1.3.2 正則量子化    1.3.3 Feynman規(guī)則    1.3.4 QCD理論的泛函積分表述  1.4 QCD拉氏量的對稱性    1.4.1 BRST對稱性    1.4.2 Slavnov-Taylor恒等式    1.4.3 QCD作用量的整體對稱性與守恒定律    1.4.4 QCD的能量-動量和角動量    1.4.5 QCD的分立對稱性  1.5 QCD微擾論基礎(chǔ)    1.5.1 QCD的正規(guī)化和重整化    1.5.2 重整化群方程    1.5.3 復(fù)合算符的重整化  1.6 量子色動力學(xué)的基本特性    1.6.1 QCD的漸近自由    1.6.2 夸克禁閉    1.6.3 手征對稱性的自發(fā)破缺第2章  規(guī)范理論的規(guī)范不變性與多點格林函數(shù)間的嚴(yán)格關(guān)系  2.1 量子電動力學(xué)（QED）中的對稱性變換與Ward-Takahashi（WT）恒等式    2.1.1 費米子-玻色子（矢量）頂角的WT恒等式    2.1.2 手征變換與軸矢量頂角的WT恒等式  2.2 量子色動力學(xué)（QCD）中的對稱性變換與Slavnov-Taylor（ST）恒等式    2.2.1 BRST變換與夸克-膠子頂角的ST恒等式    2.2.2 膠子-鬼場頂角的ST恒等式    2.2.3 3-膠子耦合頂角的ST恒等式    2.2.4 QCD的手征變換與軸矢量ST恒等式  2.3 規(guī)范理論的橫向?qū)ΨQ性變換  2.4 QED的橫向?qū)ΨQ性變換與橫向的Ward.Takahashi關(guān)系    2.4.1 橫向?qū)ΨQ性變換與費米子-玻色子頂角（矢量頂角）的橫向WT關(guān)系    2.4.2 橫向手征變換與軸矢頂角的橫向WT關(guān)系    2.4.3 QED中完全的費米子-玻色子頂角函數(shù)    2.4.4 完全的費米子-玻色子頂角函數(shù)至單圈    2.4.5 關(guān)于非微擾的頂角形式  2.5 QCD的橫向?qū)ΨQ性變換與橫向的Slavnov-Taylor關(guān)系    2.5.1 聯(lián)系BRST對稱性的橫向?qū)ΨQ性變換    2.5.2 夸克-膠子頂角的橫向ST關(guān)系    2.5.3 QCD的橫向手征變換與軸矢頂角的橫向ST關(guān)系  2.6 QCD中完全的夸克一膠子頂角函數(shù)第3章  輕子-核子深度非彈散射與QCD部分子模型  3.1 輕子-核子深度非彈散射與部分子模型    3.1.1 電子-核子深度非彈散射    3.1.2 中微子-核子深度非彈散射    3.1.3 極化的輕子-核子深度非彈散射  3.2 核子的夸克分布函數(shù)的分類  3.3 深度非彈過程與算符乘積展開    3.3.1 短距離展開    3.3.2 光錐展開    3.3.3 深度非彈散射與算符乘積展開    3.3.4 重整化群分析  3.4 部分子模型與微擾QCD  3.5 輕子-核子深度非彈散射的QCD因子化第4章  核子結(jié)構(gòu)的QCD理論  4.1 部分子求和規(guī)則與核子（核）內(nèi)夸克、膠子分布的知識    4.1.1 滿足核子量子數(shù)導(dǎo)致的部分子求和規(guī)則    4.1.2 自旋無關(guān)的結(jié)構(gòu)函數(shù)與部分子求和規(guī)則    4.1.3 自旋依賴的夸克部分子求和規(guī)則  4.2 核子的自旋物理    4.2.1 核子自旋結(jié)構(gòu)求和規(guī)則    4.2.2 QCD角動量算符的微擾演化    4.2.3 反常膠子的貢獻(xiàn)    4.2.4 夸克自旋對核子自旋的貢獻(xiàn)：深度非彈散射測量的QCD分析    4.2.5 夸克橫向性分布與核子張量荷    4.2.6 夸克橫向性分布的實驗探測  4.3 推廣的部分子分布與深虛康普頓過程    4.3.1 推廣的部分子分布    4.3.2 推廣的部分子分布的求和規(guī)則    4.3.3 深虛康普頓散射（DVCS）  4.4 核子質(zhì)量的QCD結(jié)構(gòu)  4.5 核子的電磁形狀因子    4.5.1 核子電磁形狀因子的定義和QCD因子化形式    4.5.2 微擾QCD分析    4.5.3 核子電磁形狀因子的推廣的部分子分布參數(shù)化模型    4.5.4 核子電磁形狀因子的格點QCD計算    4.5.5 核子電磁形狀因子的光錐求和規(guī)則計算及實驗測量第5章  高能標(biāo)度下的核子-核子相互作用和原子核  5.1 高能核子（強子）-核子（強子）碰撞：Drell-Yan過程    5.1.1 非極化的Drell-Yan過程    5.1.2 極化的Drell-Yan過程  5.2 原子核內(nèi)的夸克、膠子分布    5.2.1 輕子-核深度非彈散射測量與EMC效應(yīng)    5.2.2 核Drell-Yan過程    5.2.3 EMC效應(yīng)的定性解釋第6章  QCD非微擾途徑：格點QCD  6.1 Wilson格點  6.2 在格點上的QCD作用量  6.3 物理量的格點規(guī)范計算    6.3.1 禁閉與禁閉勢    6.3.2 自發(fā)手征對稱性破缺    6.3.3 高溫下的手征對稱性恢復(fù)    6.3.4 高溫下的退禁閉試驗    6.3.5 核子的軸荷與張量荷    6.3.6 核子中的反夸克成分第7章  Dyson-Schwinger方程途徑  7.1 QED中的Dyson-Schwinger方程  7.2 QCD中傳播子的Dyson-Schwinger方程  7.3 QCD頂角函數(shù)的結(jié)構(gòu)與Slavnov-Taylor恒等式    7.3.1 鬼-膠子頂角的結(jié)構(gòu)    7.3.2 3-膠子頂角的結(jié)構(gòu)    7.3.3 夸克-膠子頂角的結(jié)構(gòu)  7.4 QED和QCD理論中的動力學(xué)手征對稱性破缺    7.4.1 QED理論中的動力學(xué)手征對稱性破缺    7.4.2 QCD理論中的動力學(xué)手征對稱性破缺  7.5 夸克和膠子色禁閉機制的方案和研究途徑    7.5.1 夸克和膠子色禁閉機制方案與研究途徑    7.5.2 一些禁閉方案和禁閉判據(jù)    7.5.3 一個簡單的禁閉模型  7.6 夸克、膠子色禁閉動力學(xué)    7.6.1 Mandelstam近似下膠子的DS方程解    7.6.2 膠子與鬼耦合的傳播子的DS方程解    7.6.3 膠子、鬼傳播子的紅外行為與色禁閉    7.6.4 色夸克-夸克關(guān)聯(lián)態(tài)的禁閉    7.6.5 完全的夸克-膠子項角的非阿貝爾結(jié)構(gòu)與夸克禁閉  7.7 有限溫度情況的退禁閉與手征對稱性恢復(fù)  7.8 有限密度（化學(xué)勢）情況的退禁閉與手征對稱性恢復(fù)  7.9 關(guān)于QCD相圖  7.10 關(guān)于QCD非微擾相互作用與強子物理的討論第8章  有效場論途徑  8.1 泛函積分途徑與整體色對稱模型  8.2 強子化的GCM模型    8.2.1 介子-雙夸克玻色化    8.2.2  GCM模型中的強子    8.2.3 GCM模型中的孤粒子  8.3 QCD味動力學(xué)、NJL模型及夸克-介子有效作用量    8.3.1 NJL模型    8.3.2 有效夸克一介子作用量    8.3.3 低能有效手征拉氏量    8.3.4 重子作為有效場的孤粒子第9章  QCD求和規(guī)則  9.1 QCD求和規(guī)則的基本思想  9.2 算符乘積展開  9.3 計算實例：核子的張量荷計算  9.4 QCD膠球的QCD求和規(guī)則計算    9.4.1 標(biāo)量膠球的常規(guī)QCD求和規(guī)則計算    9.4.2 瞬子在QCD膠球的QCD求和規(guī)則中的作用  9.5 光錐QCD求和規(guī)則  9.6 非微擾真空凝聚和真空磁化率的確定  9.7 QCD求和規(guī)則途徑在強子物理和核物理中的應(yīng)用第10章  低能標(biāo)度下的強子、強子一強子相互作用和原子核  10.1 低能標(biāo)度下強子的唯象模型    10.1.1 組分夸克模型或夸克勢模型    10.1.2“袋”模型    10.1.3 非拓?fù)涔铝Ｗ幽Ｐ?   10.1.4 1／Nc展開與Skvrme模型  10.2 手征孤粒子（Skyrme）模型中的重子態(tài)、相互作用與輕核    10.2.1 重子的Skyrme孤粒子模型及集體坐標(biāo)量子化    10.2.2 Skvrme孤粒子與重子的非常規(guī)反10-重態(tài)    10.2.3 Skyrme模型中的核子-核子相互作用與氘束縛態(tài)    10.2.4 Skyrme孤粒子-反Skyrme孤粒子束縛態(tài)    10.2.5 Skyrme模型中的輕核  10.3 組分夸克模型與QCD理論間的聯(lián)系  10.4 夸克模型下強子的定態(tài)性質(zhì)    10.4.1 強子的質(zhì)量    10.4.2 強子的定態(tài)性質(zhì)    10.4.3 核子內(nèi)的奇異成分    10.4.4 夸克模型下核子的自旋結(jié)構(gòu)  10.5 非常規(guī)的強子態(tài)    10.5.1 膠球    10.5.2 四夸克態(tài)    10.5.3 夸克-膠子混雜態(tài)    10.5.4 五夸克態(tài)    10.5.5 六夸克束縛態(tài)——雙重子態(tài)    10.5.6 核子-反核子束縛態(tài)——重子偶素    10.5.7 坡密子與膠球  10.6 重子激發(fā)態(tài)    10.6.1 關(guān)于N*（1440）和N*（1535）的結(jié)構(gòu)及△（1232）的形狀    10.6.2 搜尋“失蹤”的重子激發(fā)態(tài)  10.7 重子-重子相互作用的夸克模型  10.8 夸克-介子耦合（QMC）模型與核多體問題    10.8.1 夸克-介子耦合（QMC）模型及其作用量    10.8.2 QMC模型對核物質(zhì)的描述及與QHD的聯(lián)系    10.8.3 核物質(zhì)的飽和性和不可壓縮性    10.8.4 核介質(zhì)中的強子質(zhì)量和性質(zhì)變化    10.8.5 QCD凝聚在核介質(zhì)中的變化    10.8.6 夸克-介子耦合模型對有限核的描述    10.8.7 QMC有效作用與常規(guī)核物理中的有效核力（Skvrme力）的聯(lián)系    10.8.8 核介質(zhì)中核子的夸克結(jié)構(gòu)效應(yīng)的觀測    10.8.9 結(jié)束語參考文獻(xiàn)索引

章節(jié)摘錄

插圖：當(dāng)然，這僅是一個模型計算，就像7．4．2節(jié)中討論動力學(xué)手征對稱性破缺的模型估算，較為自洽地研究動力學(xué)手征對稱性破缺需要同時求解相耦合的夸克、膠子和鬼傳播子的Dyson-Schwinger方程組，同時必須考慮夸克一膠子頂角的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，裸頂角即頂角的彩虹近似下所得到的動力學(xué)夸克質(zhì)量和夸克凝聚值都遠(yuǎn)低于典型的唯象值，反映了非微擾相互作用的頂角結(jié)構(gòu)對動力學(xué)手征對稱性破缺的重要作用，顯然，對夸克色禁閉動力學(xué)的研究同樣需要自洽計算，而夸克一膠子頂角的結(jié)構(gòu)對理解夸克色禁閉將會起著重要甚至是關(guān)鍵性角色。7．6．5完全的夸克一膠子頂角的非阿貝爾結(jié)構(gòu)與夸克禁閉夸克一膠子相互作用在夸克色禁閉和動力學(xué)手征對稱性破缺等QCD非微擾現(xiàn)象中擔(dān)任核心的角色，同時也是基于QCD格林函數(shù)的強子唯象的中心元素，夸克一膠子相互作用的詳圖被編碼在一粒子不可約的夸克一膠子頂角結(jié)構(gòu)中，唯象上則在夸克一夸克（反夸克）相互作用勢（禁閉勢包含在內(nèi)）中顯示出來，因此，搞清夸克一膠子頂角結(jié)構(gòu)的詳細(xì)知識是QCD非微擾研究特別是夸克禁閉動力學(xué)研究的基本任務(wù)。

編輯推薦

《核色動力學(xué)導(dǎo)論:量子色動力學(xué)及其對核子和核結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用》為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)理論與前沿問題研究叢書，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)校友文庫教材之一。

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