Elementary Particle Physics

Elementary Particle Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Nagashima, Yorikiyo
出品人:
页数:646
译者:
出版时间:2013-3
价格:$ 242.95
装帧:精装
isbn号码:9783527409662
丛书系列:
图书标签:
  • 粒子物理
  • 物理-基本粒子
  • 物理
  • 粒子物理学
  • 基本粒子
  • 量子场论
  • 标准模型
  • 高能物理
  • 费曼图
  • 相对论
  • 对称性
  • 粒子探测器
  • 物理学
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具体描述

The book is an up to date and comprehensive work covering the most recent particle physics experiments and research linking together with the standard model theory and beyond. Combined with Volume 1 (ISBN: 978-3-527-40962-4), this is a must have resource for researchers in ground based and astroparticle physics.

《宇宙的基石:探索物质最深层的奥秘》 这部著作并非对“基础粒子物理学”(Elementary Particle Physics)这一经典领域的全面梳理,而是旨在为那些对宇宙万物最根本构成感到好奇,却可能对该学科的严谨数学形式和高度专业化术语感到些许畏惧的读者,开启一扇理解之门。它着眼于物理学探索的前沿和未解之谜,试图勾勒出一幅关于我们所处现实最基本组成部分及其相互作用的、引人入胜的图景。 我们习惯于将宏观世界分解为分子、原子,再到原子核中的质子和中子。但科学家们并没有止步于此。他们发现,即使是质子和中子,也不是“基本”的,而是由更微小的粒子——夸克——构成的。而这些夸克,以及与它们一同构成了我们已知宇宙的电子、中微子等,在当前被认为是构成物质的“基石”。 然而,故事并未在此终结。这些基本粒子并非孤立存在,它们通过一系列被称为基本相互作用的“力量”联系在一起。这些力量,例如电磁力、强核力、弱核力,以及被认为是宇宙宏观结构主导者的引力,各自扮演着至关重要的角色,共同编织了我们所观察到的宇宙的丰富景象。本书将深入探讨这些基本粒子及其四种基本相互作用的最新理解和前沿研究方向,而不会纠缠于其中某个特定学科的细枝末节。 例如,关于电磁力,我们早已熟悉其在原子结构、光线传播和日常电器工作中的作用。但其更深层的量子描述,以及在极端条件下的表现,至今仍是研究的焦点。书中将触及光子——传递电磁力的媒介粒子——的性质,以及它在信息传递和能量转化中的关键作用,并可能探讨其在凝聚态物理中的一些新兴应用。 强核力,虽然在原子核内部起着将夸克束缚在一起的巨大作用,并且是支撑原子核稳定性的关键,但其描述的量子色动力学(QCD)却是物理学中最复杂和最具挑战性的理论之一。本书将侧重于解释强核力作用的宏观效应,例如其导致质子和中子具有质量的机制(希格斯机制的早期雏形),以及夸克禁闭的奇特现象——为何我们无法单独观察到自由的夸克。同时,会提及一些研究强核力的新型实验手段和理论模型,比如对重离子碰撞的研究,它们提供了在极端高温高密条件下研究夸克-胶子等离子体的机会。 弱核力,虽然在日常生活中不如前两者显眼,但它却是放射性衰变、恒星能量产生等关键过程的幕后推手。例如,太阳的能量正是通过一系列核聚变反应,其中弱核力扮演了不可或缺的角色。书中会介绍弱核力所关联的W和Z玻色子,以及它们为何具有如此大的质量,这是与电磁力传递的无质量光子形成鲜明对比的。同时,会探讨弱核力在宇宙演化,特别是早期宇宙形成中的潜在影响,以及中微子在其中的特殊作用。 引力,作为我们最熟悉却也是最难融入基本粒子框架的力量,其量子化一直是理论物理学界的“圣杯”。牛顿的万有引力定律以及爱因斯坦的广义相对论,虽然在各自的领域取得了辉煌的成就,但将引力纳入到量子场论的框架下,与电磁力、强核力和弱核力进行统一描述,仍然是巨大的挑战。本书将重点关注当前尝试统一引力与其他基本相互作用的理论方向,例如弦理论和圈量子引力,并介绍它们对理解黑洞、宇宙大爆炸等极端天体现象的可能启示。 除了四种基本相互作用,本书还将深入探讨“标准模型”的最新进展和局限性。标准模型是目前描述基本粒子及其相互作用最成功的理论框架,它成功预测了许多实验结果,包括被誉为“上帝粒子”的希格斯玻色子的发现。然而,标准模型并非完美无缺。它无法解释暗物质、暗能量等宏观宇宙中的观测现象,也无法解释引力,并且其参数的选取似乎带有任意性。 因此,本书将聚焦于标准模型之外的“新物理学”探索。这包括对希格斯机制的更精细研究,探索是否存在除了标准模型中的希格斯玻色子之外的其他希格斯粒子,以及这些粒子如何影响宇宙的性质。我们还会讨论中微子的奥秘,它们数量庞大却几乎不与其他物质发生相互作用,但其质量和振荡现象暗示着标准模型的局限性,并可能连接到更深层次的物理学。 暗物质和暗能量,这两大占据宇宙绝大部分的比重却又我们知之甚少的神秘存在,将是本书着重探讨的另一大主题。尽管我们看不见它们,却可以通过它们对可见物质和宇宙膨胀产生的引力效应来推断它们的存在。本书将介绍当前主流的暗物质候选粒子理论,例如超对称粒子、惰性中微子等,并描述科学家们如何利用各种实验手段——从地下深处的探测器到太空望远镜——试图直接或间接捕捉到这些幽灵般的粒子。对于暗能量,我们将探讨其可能的性质,例如作为真空能量的一种表现,或者是一种具有负压强的全新能量形式,并介绍这些理论如何解释宇宙加速膨胀这一惊人观测。 此外,本书还会前瞻性地介绍一些正在进行的和未来计划的重大粒子物理实验。例如,下一代粒子加速器的设计理念,旨在探索更高的能量尺度,寻找超越标准模型的粒子和现象。大型地下探测器如何努力屏蔽宇宙射线干扰,以期探测到稀疏的暗物质粒子。精密测量实验如何不断提升对基本粒子性质的认知精度,从而在现有理论的缝隙中寻找新物理的踪迹。例如,对μ子反常磁矩的精密测量,就可能预示着标准模型之外的粒子在其中扮演了角色。 本书的另一条主线将是宇宙学与粒子物理学的交叉。宇宙的起源和演化,从大爆炸的最初几分之一秒,到星系的形成,都与基本粒子及其相互作用息息相关。我们将探讨早期宇宙的极端条件如何催生了我们今天看到的物质和结构。例如,宇宙暴胀理论如何解释了宇宙的平坦性和均匀性,而这又与某些假设的基本粒子场有关。我们还会讨论中微子在宇宙学中的重要作用,它们既是宇宙早期物质的重要组成部分,也可能影响了宇宙大尺度结构的形成。 同时,书中也会触及一些与我们日常生活息息相关的粒子物理学前沿应用,尽管这并非本书的重点。例如,高能物理的研究工具,如粒子加速器和探测器,已经催生了许多重要的技术,如质子治疗癌症、同步辐射光源在材料科学和生物学中的应用,以及在医学影像和安全检查中的应用。尽管本书不详细介绍这些技术细节,但会将其作为粒子物理学研究驱动技术创新的一个侧面来呈现。 本书的语言风格将力求清晰易懂,避免不必要的术语堆砌。即便是在介绍复杂的概念时,也会通过生动的类比和形象的描述,让读者能够逐步建立起对宇宙最深层结构和最基本力量的理解。我们相信,对宇宙本质的探索,不应只局限于少数专业人士,而应成为所有对世界充满好奇的人们共同的乐趣。 总而言之,《宇宙的基石:探索物质最深层的奥秘》将是一次激动人心的知识旅程,它将带领读者穿越粒子物理学的最前沿,去感受科学家们如何用智慧和毅力,一步步揭开构成我们宇宙的终极密码。它将引发读者对“是什么让万物存在?”、“我们从何而来?”以及“宇宙的最终命运是什么?”等永恒问题的深刻思考。本书将是一份关于未知的好奇心和关于求知的热情的宣言,它将激发读者对这个宏大而迷人的科学领域的进一步探索。

作者简介

Yorikiyo Nagashima is Professor Emeritus at the Department of Physics of Osaka University, Japan. An organizer of international conferences, he is also a member of the most important collaboration groups in his field of expertise, including those related to neutrino research. Professor Nagashima was the spokesman of the VENUS group, one of the major detectors of the Japanese first collider accelerator TORISTAN, where he served the first and second term at the start of the project. Professor Nagashima has authored or co-authored 296 papers, some of them cited up to 250 times.

目录信息

Part I Electroweak Dynamics
1. The Standard Model
2. Neutral Current
3. W
4. Physics at Z Resonance
5. Precision Tests of the Electroweak Theory
6. Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Matrix
Part II QCD Dynamics
7. QCD
8. Deep Inelastic Scattering
9. Jets and Fragmentations
10. Gluons
11. Jets in Hadron Reactions
A Feynman Rules for the Electroweak Theory
B Radiative Corrections to the Gauge Boson Self Energy
C tHooft's Gauge
D Fierz Transformation
E Collins-Soper Frame
F Multipole Expansion of the Vertex Function
G SU(N) 2)
H Unitarity Relation
I s Model and the Chiral Perturbation Theory
J Splitting Function
K Answers to the Problems
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我得说,这本书的视角相当宏大,它不只是在陈述“是什么”,更在追问“为什么是这样”。它成功地将理论物理的抽象美感与实验物理的严谨性完美地结合起来。在讨论夸克和轻子质量的起源时,作者没有回避希格斯机制带来的概念上的挑战,反而将其作为深入理解电弱对称性破缺的切入点,详尽阐述了标量场的引入如何自然地赋予规范玻色子和费米子质量,同时保持了理论的自洽性。更令人称道的是,它对实验证据的引用非常精准,从早期的深度非弹性散射(DIS)实验到后来的高能对撞机数据,书中的理论预测与实际测量值之间的对比清晰可见,这极大地增强了读者的信心,让人感觉物理学的确是在稳步前进的科学。对于那些希望将理论知识转化为实际分析工具的人来说,书中提供的各种计算技巧和近似方法,尤其是如何处理高能极限下的过程,具有极高的实用价值。

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这本书的叙事节奏和深度把握得非常巧妙,初读可能会觉得信息量巨大,但一旦沉浸进去,就会发现它有一种奇特的逻辑导向性,让你感觉每一步的展开都是不可避免的。尤其是在处理标准模型之外的物理时,比如对CP破坏的探讨,作者引入了Cabbibo-Kobayashi-Maskawa(CKM)矩阵的复杂结构,并详细剖析了其对味散粒度的影响,这部分内容对于理解中微子振荡现象的理论背景至关重要,尽管这本书可能侧重于标准模型本身,但它为读者搭好了通往新物理的坚实桥梁。我特别欣赏它在介绍Symmetry & Gauge Invariance时所下的功夫,它不仅仅是作为一个数学工具被引入,而是作为指导理论构建的哲学基石,贯穿始终。这种层层递进、环环相扣的结构,让复杂的理论体系变得有迹可循,仿佛在攀登一座结构精密的知识山峰,每到一处平台,视野都更开阔一些。

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这部大部头书简直是为那些对亚原子世界充满好奇心的人量身定做的,尤其是那些在物理系里摸爬滚打了一段时间,开始觉得标准教材的描述有些过于简化,想要深入挖掘理论细节的进阶学生或者研究人员。作者在讲解那些复杂的数学框架时,展现出一种令人印象深刻的清晰度和耐心。他们并没有仅仅停留在介绍标准模型的基本粒子及其相互作用的现象学层面,而是深入到了量子场论(QFT)的深层结构,比如如何处理规范对称性、自发对称性破缺,以及微扰论中的重整化技巧。举个例子,书中对规范玻色子(光子、W和Z玻色子,以及胶子)的引入,不仅仅是抛出数学形式,而是细致地追溯了其理论基础和实验观测的联系,特别是对费曼图的讲解,简直是教科书级别的范例,每一步计算路径都描绘得一丝不苟,即便是初次接触QCD(量子色动力学)的读者,也能借助书中的图示和推导,逐步建立起对强相互作用的直观理解。这种详尽的程度,使得这本书成为一本可以反复研读的参考手册,而不是仅仅用来应付期末考试的速成读物。

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从排版和阅读体验上来说,这本书的质量也相当不错,虽然内容本身是晦涩难懂的硬核物理,但清晰的符号标注和逻辑分段,大大减轻了阅读负担。特别是那些需要积分和求和的章节,作者在关键步骤的处理上非常细心,很少出现让人抓耳挠腮的“跳步”。举个例子,在量子色动力学(QCD)的渐进自由性讨论中,虽然涉及到高阶圈图的计算,但书中对重整化群方程的推导过程,组织得非常清晰,使得读者能够跟进那个“跑动耦合常数”的概念是如何从理论中自然涌现的。对于很多同类书籍而言,这部分内容往往被一带而过,但这本书选择迎难而上,详细展开,这无疑是对那些渴望真正理解基本粒子动力学内核的读者的一种尊重和馈赠。它不是那种只告诉你结论然后让你去猜推导过程的“快餐”教材,而是真正致力于知识传递的深度作品。

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我最欣赏这本书的地方,在于它对实验与理论边界的敏感度。它在构建标准模型的同时,也毫不避讳地指出了其局限性——例如,中微子的质量问题、暗物质的本质,以及为什么我们只有物质而没有反物质等长期未解的谜题。通过详尽介绍标准模型的成功之处,它反而更有效地突显了超越标准模型(BSM)物理的必要性和探索方向。书中对CP破坏的深入讨论,不仅仅停留在理论描述,还非常巧妙地将某些CP破坏的数学结构与实验中观测到的微小不对称性联系起来,引导读者思考:现有框架还缺少什么?这种批判性的视角,使得这本书不仅仅是一本知识的汇编,更像是一本思想的启发录。它激励读者不仅要学习现有的知识,更要思考如何去设计下一代实验来检验或推翻现有的模型,这对于培养独立思考的物理学家至关重要。

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