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出版者:Cambridge University Press

作者:Thomson, Mark

出品人:

页数:568

译者:

出版时间:2013

价格:0

装帧:精装

isbn号码:9781107034266

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理
• 物理
• 科学和心理学
• 粒子物理学
• 现代物理
• 量子场论
• 标准模型
• 高能物理
• 基本粒子
• 费米子
• 玻色子
• 相对论
• 量子力学

《现代粒子物理学》是一本涵盖粒子物理学前沿研究成果的权威著作。本书旨在为读者提供一个全面而深入的粒子物理学理论框架，从基础概念到最前沿的探索，都进行了细致的阐述。 第一部分：基础理论与标准模型 本书的开篇，首先建立起粒子物理学的基本认知体系。我们将从量子力学和狭义相对论这两个现代物理学的两大基石讲起，阐述它们如何融合，催生出量子场论这一描述基本粒子及其相互作用的强大工具。读者将在这里了解到量子场论的基本原理，包括拉格朗日量、场算符、以及狄拉克方程和克莱因-戈登方程等描述费米子和玻色子的基本方程。 随后，我们将进入粒子物理学的核心——标准模型。标准模型是迄今为止描述已知基本粒子及其三种基本相互作用（电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用）的最成功的理论。本书将详细介绍标准模型中的所有基本粒子，包括夸克、轻子、规范玻色子（光子、W玻色子、Z玻色子、胶子）以及希格斯玻色子。 我们将深入探讨每种粒子的性质、量子数（如电荷、自旋、同位旋、味等），以及它们之间的相互作用。例如，在描述电磁相互作用时，我们将详细阐述量子电动力学（QED）的理论框架，包括其洛伦兹协变性、规范不变性以及费曼图的应用。读者将理解光子如何在带电粒子之间传递电磁力，以及QED在计算各种散射过程和原子光谱中的精确性。 对于弱相互作用，本书将详细讲解其宇称不守恒、CP破坏等反直觉的现象。我们将介绍弱电统一理论，阐述如何将电磁相互作用和弱相互作用在一定能量尺度下统一起来，以及W和Z玻色子在传递弱相互作用中的作用。理解弱相互作用对于解释放射性衰变、恒星能量产生以及中微子振荡等现象至关重要。 强相互作用是三个基本相互作用中最复杂的。本书将深入介绍量子色动力学（QCD）理论，解释夸克如何通过交换胶子来传递强相互作用，以及禁闭（confinement）和渐近自由（asymptotic freedom）这两个QCD的独特性质。我们将探讨强子（如质子和中子）的构成，以及夸克-胶子等离子体等在高温高密条件下的物质状态。 希格斯机制是标准模型中解释粒子质量来源的关键。本书将详细阐述希格斯场以及与之相关的希格斯玻色子，解释它们如何通过与基本粒子相互作用而赋予这些粒子质量。读者将深入理解自发对称性破缺在希格斯机制中的核心作用，并了解到希格斯玻色子在2012年的发现是粒子物理学史上的一个里程碑。 第二部分：超出标准模型的新物理 尽管标准模型取得了巨大的成功，但它仍然存在一些未解之谜，并不能解释所有观测到的现象。本书的第二部分将带领读者探索那些指向“超出标准模型”新物理的线索，并介绍当前研究的热点和前沿理论。 暗物质与暗能量： 宇宙学观测表明，我们熟悉的普通物质只占宇宙总能量密度的很小一部分，大部分由暗物质和暗能量组成。本书将详细回顾暗物质和暗能量存在的证据，包括星系旋转曲线、宇宙微波背景辐射、大尺度结构形成等。同时，我们将探讨目前主流的暗物质候选者（如弱相互作用大质量粒子WIMPs、轴子等）及其探测方法，以及暗能量的可能本质（如宇宙常数、动力学标量场等）。 中微子质量与振荡： 标准模型最初假设中微子是无质量的。然而，实验观测到的中微子振荡现象直接证明了中微子具有微小的质量，并且这需要对标准模型进行扩展。本书将详细介绍中微子振荡的理论解释，包括不同的中微子味（电子中微子、μ子中微子、τ子中微子）之间的转换，以及荷质量产生机制（如See-saw机制）等。 CP破坏的起源： 标准模型允许CP破坏，但其产生的CP破坏不足以解释宇宙中物质-反物质不对称的现象。本书将探讨超越标准模型的CP破坏机制，例如在某些超对称理论或某些额外维模型中可能存在的额外CP破坏源。 重子数与轻子数守恒的破缺： 标准模型严格禁止重子数和轻子数守恒，但实验上尚未观测到任何明确的证据。然而，在某些超出标准模型的理论框架中，例如在某些Grand Unified Theories (GUTs) 中，这些守恒定律可能会被打破。本书将讨论可能导致重子数和轻子数破缺的物理过程，以及相应的实验搜索策略。 超对称性（Supersymmetry, SUSY）： 超对称性是一种理论框架，它假设每一种已知费米子都有一个超对称玻色子伙伴，每一种已知玻色子都有一个超对称费米子伙伴。超对称性可以解决标准模型的许多问题，例如等级问题，并提供暗物质的候选者。本书将深入介绍超对称性的基本概念、超对称粒子谱，以及各种超对称模型（如MSSM）及其实验检验前景。 额外空间维度： 一些理论提出存在超出我们日常经验的额外空间维度。这些额外维度可能以紧致化的方式存在，或者以某种方式影响粒子的质量和相互作用。本书将介绍引力大统一理论（GUTs）中引入额外维度的思想，以及膜世界（Brane World）等概念，并讨论这些模型对粒子物理实验的潜在影响。 引力大统一理论（Grand Unified Theories, GUTs）： 目标是将电磁、弱和强相互作用统一在一个单一的框架下，通常在高能尺度下发生。本书将介绍GUTs的一些基本思想，例如SU(5)和SO(10)模型，以及它们预测的一些现象，如质子衰变。 弦论（String Theory）与M理论： 弦论是目前最有希望统一所有基本相互作用，包括引力，并描述量子引力的一门理论。本书将简要介绍弦论的基本思想，即基本粒子并非点状，而是微小的弦的振动模式。同时，将介绍M理论作为统一不同弦论版本的一种尝试。我们将探讨弦论可能对粒子物理学，特别是对理解量子引力和早期宇宙的意义。 第三部分：实验技术与未来展望 理解粒子物理学理论的进展，离不开强大的实验支撑。本书的第三部分将聚焦于现代粒子物理实验的关键技术，以及未来发展的方向。 粒子加速器： 从早期的小型设备到当今的巨型工程，粒子加速器在粒子物理学的研究中扮演着核心角色。本书将介绍不同类型的粒子加速器，如环形加速器（如大型强子对撞机LHC）和直线加速器，以及它们的工作原理。我们将详细阐述加速器在产生高能粒子束、实现高亮度以及实现精密测量方面的技术挑战和创新。 粒子探测器： 为了探测碰撞产生的各种粒子，我们需要精密的粒子探测器。本书将介绍各种探测器的类型，如径迹探测器（如漂移室、硅径迹探测器）、能量测量探测器（如量能器）、以及粒子识别探测器（如切连科夫探测器、飞行时间谱仪）。我们将深入理解这些探测器如何记录粒子的轨迹、能量、动量以及区分不同类型的粒子，并讨论它们的设计原则和技术进步。 数据分析与统计推断： 从探测器收集到的海量数据需要经过复杂的分析才能提取出有用的物理信息。本书将介绍粒子物理学常用的数据分析技术，包括事件重建、机器学习在数据筛选和分类中的应用，以及统计推断方法，如假设检验和参数估计。 未来实验与研究方向： 粒子物理学的前沿研究是一个不断探索的过程。本书将展望未来的实验设施和研究方向，例如更高能量的对撞机、更灵敏的暗物质探测实验、以及更精确的粒子性质测量实验。我们将探讨这些未来的努力将如何帮助我们更深入地理解宇宙的基本组成和规律，并寻找新的物理现象。 结论 《现代粒子物理学》是一本旨在为读者提供一个扎实且前瞻性的粒子物理学知识体系的著作。本书不仅详细阐述了成功的标准模型，还深入探讨了那些指向新物理的线索和前沿理论。通过对基础理论、实验技术以及未来展望的全面介绍，本书将帮助读者理解粒子物理学为何是探索宇宙最基本奥秘的关键领域，以及它如何不断推动我们对自然界最深层结构的认知。本书是物理学专业学生、研究人员以及对粒子物理学充满好奇的读者的理想参考。

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这本书的阅读体验，说实话，是有些“颠簸”的，但这种颠簸更多源于内容本身的难度，而非作者的表达不清。它更像是一次高质量的、结构严谨的硕士生课程讲义的汇编，而不是面向大众的轻松读物。我花了不少时间在推导那些关键的费曼图上，特别是涉及量子色动力学（QCD）的部分，作者给出的步骤非常详尽，几乎没有跳过任何关键的积分或近似处理，这对于那些想真正掌握计算技巧的人来说是无价之宝。然而，也正因为如此，我发现自己不得不经常停下来，借助其他参考书来加深对某些数学工具的理解，比如狄拉克方程的协变形式在不同洛伦兹变换下的表现。不过，一旦克服了这些技术上的障碍，那种豁然开朗的感觉是非常棒的。书中对CP破坏的讨论尤其精彩，它不仅仅罗列了CKM矩阵，还细致地分析了实验中如何精确测量这些复数值的相位，这种对实验细节的关注，极大地增强了理论的可信度。

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这本书的封面设计得相当引人注目，采用了一种深邃的蓝色调，配上极简的白色字体，给人一种既专业又带有些许神秘感的印象。我是在一次偶然的机会在朋友的书架上发现它的，当时就被它那种沉稳又不失现代气息的风格吸引了。翻开书页，首先映入眼帘的是清晰的排版和高质量的插图，这对于物理学这种需要大量视觉辅助的学科来说，简直是福音。它似乎在努力平衡严谨的数学推导和直观的物理图像，这在很多同类教材中是难以做到的平衡点。作者在引言部分用了不少篇幅来阐述粒子物理学发展的历史脉络，那种娓娓道来的叙事方式，让人仿佛置身于那些伟大的发现现场，而不是仅仅在背诵公式和定律。特别是对标准模型建立初期那些关键实验的描述，那种充满探索精神的氛围，让人对接下来的内容充满了期待。这本书的目录结构也很有条理，从基本概念的引入，到更深入的群论应用，层次分明，为读者构建了一个稳固的知识框架。我尤其欣赏它在早期章节对相对论和量子力学基本概念的复习，这对于那些需要回顾基础知识的读者非常友好，避免了因为基础不牢而导致的后续学习困难。

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如果让我用一个词来形容这本书的风格，那可能是“务实”——它几乎毫不留情地将读者带入了粒子物理研究的前沿，没有过多花哨的修辞。我特别喜欢作者在每个章节末尾设置的“展望与未解之谜”部分。例如，在讨论中微子振荡的现象时，作者没有止步于解释其机制，而是直接指出了当前测量中存在的系统误差和理论上的不确定性，这让我真切地感受到，我们所学的知识，在科学界依然是正在被挑战和完善的前沿。这种坦诚的态度，比那种“一切都已解决”的教科书要来得鼓舞人心。这本书没有回避理论物理学中固有的美学争议，比如超对称理论（SUSY）的动机和当前实验尚未发现其踪迹的困境，作者以一种冷静的、科学批判的口吻进行论述，引导读者去思考物理学家的决策过程，这对于培养独立的科研思维至关重要。

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我最近一直在寻找一本能将高能物理的理论框架与最新的实验结果有效结合起来的读物，而这本《Modern Particle Physics》给我的感觉是，它恰好卡在了那个“刚刚好”的位置上。它的内容深度，不像那些为研究生定制的、充斥着大量晦涩数学技巧的教科书那样令人望而却步，但它也绝非那种只停留在概念表层的科普读物。作者在处理对称性与守恒定律的关系时，采用了非常精妙的讲解方式，将抽象的群论概念与具体的物理现象（比如宇称不守恒）联系起来，使得那些原本枯燥的代数操作顿时有了鲜活的意义。我特别关注了其中关于弱相互作用的部分，作者对费米理论到电弱统一的过渡描述得极其流畅，让人对希格斯机制的必要性有了更深刻的理解，而不是仅仅接受它是一个“数学上的补丁”。更值得称赞的是，书中对实验探测器原理的介绍，虽然篇幅不长，但却切中了要害，让读者明白我们是如何从那些碰撞数据中“看到”基本粒子的，这种联系物理理论与工程实践的努力，让这本书的实用价值大大提升。

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这本书给我最大的冲击来自于它对量子场论基础的强调，虽然篇幅可能不如专门的QFT教材多，但它在引入每一个新概念时，都紧紧地扣着场论的框架，没有将基本粒子视为孤立的点粒子来处理。在我看来，这本书的叙述节奏非常适合有一定物理学背景的读者进行自我提升。它对规范场论的介绍，从电磁学的Aμ到SU(2)和SU(3)的推广，逻辑链条设计得极为严密，每一步的引入都有着明确的物理动因，而不是凭空想象出来的数学结构。我对书中关于夸克禁闭（Confinement）和渐近自由（Asymptotic Freedom）的讨论印象深刻，作者用非常精炼的语言概括了QCD的这两个核心特征，并将其置于实验证据的背景之下进行讨论，而不是陷入深奥的非微扰计算。总而言之，这本书成功地架起了一座桥梁，连接了经典物理的直觉和现代粒子物理的抽象性，是一部值得反复研读的深度参考书。

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这本书很好！物理框架很清晰，不难，知识和实验结果也是比较新的。如果我早点看到这本书就好了。所以还是要看名校用什么教材。

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不知道读教科书算不算读书呢...

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不知道读教科书算不算读书呢...

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不理解好在哪里。很久没有上一门能把课本从头讲到尾的课了 ……

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不知道读教科书算不算读书呢...