Electromagnetic Interactions and Hadronic Structure pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Close, Frank (EDT)/ Donnachie, Sandy (EDT)/ Shaw, Graham (EDT)

出品人:

页数:514

译者:

出版时间:2007-5

价格:$ 263.29

装帧:HRD

isbn号码:9780521844208

丛书系列:

图书标签:

• Electromagnetic Interactions
• Hadronic Structure
• Quantum Chromodynamics
• Particle Physics
• Nuclear Physics
• Relativistic Quantum Mechanics
• Gauge Theory
• Scattering Theory
• Form Factors
• Current Algebra

经典光学与量子场论的交汇：从麦克斯韦方程组到规范场理论 本书旨在探讨电磁现象的经典描述与现代量子场论框架下的深刻联系，重点关注电磁场在宏观尺度下的连续性表现与微观粒子层面的量子化本质。本书将以严谨的数学推导和清晰的物理图像，为读者构建一个从十九世纪成熟的经典电磁学理论到二十一世纪前沿粒子物理学工具的完整知识体系。 --- 第一部分：经典电磁学的基石与精炼 本部分将重温和深化对麦克斯韦方程组的理解，并将其置于更广阔的物理学背景中进行审视。我们将不仅仅停留在求解常见边界条件问题，而是着重探讨电磁场在不同参考系下的协变性，这为后续引入狭义相对论奠定基础。 第一章：矢量分析与场论预备 矢量微积分的复习与推广： 详细讨论梯度、散度、旋度的物理意义，特别是在三维空间中处理电磁场分布时的应用。我们将引入张量记法作为初步工具，为后续的洛伦兹协变性分析做准备。 亥姆霍兹分解定理的应用： 展示如何将任意矢量场分解为无旋部分和无散度部分，并阐述电场 ($mathbf{E}$) 和磁场 ($mathbf{B}$) 在没有源（电荷和电流）区域的波性质。 泊松方程与拉普拉斯方程的精确解法： 系统回顾格林函数方法在静电学和静磁学中的应用，包括镜像法和分离变量法在复杂几何结构中的严格推导。 第二章：时变场、波与相对论基础 麦克斯韦方程组的完整形式及其物理含义： 深入分析法拉第电磁感应定律和安培-麦克斯韦定律中引入位移电流项的革命性意义。 平面电磁波的传播： 推导真空中的波动方程，精确计算波速，并讨论电磁波的偏振态（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）的数学描述。 洛伦兹协变性： 通过构造电磁场张量 $F^{mu u}$，展示麦克斯韦方程组在狭义相对论下的紧凑形式。讨论电场和磁场如何相互转换，强调电磁学本质上是四维时空中的单一物理实体。 第三章：能量、动量与辐射场 坡印廷矢量（Poynting Vector）的深入分析： 不仅计算能量流密度，更从能量守恒的角度探讨电磁场自身的能量密度和动量密度。 电磁场中的辐射现象： 引入李纳-维谢尔势（Liénard-Wiechert potentials）作为电荷在任意运动轨迹下的精确解，并推导出由加速电荷产生的电磁辐射的功率谱。重点分析偶极子辐射的特性与应用。 色散与介质中的传播： 探讨介质对电磁波的影响，包括复介电常数、折射率的频率依赖性，并简要介绍等离子体和导电介质中的波传播特性。 --- 第二部分：从场论到量子化的过渡——相对论性量子力学回顾 在经典物理学的框架内，电磁现象得到了完美的描述。然而，当我们需要理解原子内部的精细结构、黑体辐射以及光电效应时，量子力学不可避免地介入。本部分将为引入量子场论做必要的概念铺垫。 第四章：黑体辐射与普朗克假设 经典理论的失败： 详细分析瑞利-金斯定律在短波长端的“紫外灾难”，作为经典物理学局限性的典型例证。 普朗克对能量量子化的引入： 介绍普朗克成功导出黑体辐射谱的假设，并阐明能量 $E=h u$ 这一革命性概念的物理意义。 第五章：光与物质的相互作用：早期量子概念 光电效应的实验与爱因斯坦的解释： 论证光子（光量子）作为能量载体的必要性，计算功函数和截止频率之间的关系。 康普顿散射： 通过将光视为具有动量的粒子（光子），成功解释了X射线波长的偏移，确立了光的粒子性。 物质波与德布罗意假设： 从对称性角度引入物质波概念，并探讨电子衍射实验对粒子波动性的验证。 第六章：相对论性量子力学的初步探索 克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）： 尝试将量子力学与狭义相对论结合的第一个尝试。讨论其在描述自旋为零粒子时的局限性，特别是概率密度的非正定性问题。 狄拉克方程（Dirac Equation）： 详细推导和分析描述自旋为 $1/2$ 费米子的狄拉克方程。重点探讨其自然地引入了自旋的概念，并预言了负能态的存在——这是对反物质概念的首次严格的理论预示。 费米子与玻色子的基本区别： 从泡利不相容原理和玻色-爱因斯坦统计的角度，区分构成物质（电子、夸克）和传递力的粒子（光子）的统计特性。 --- 第三部分：电磁相互作用的量子场论描述 本部分将超越对单个粒子或场的处理，转入描述相互作用的量子场论方法。我们将重点关注费曼图的构建，以及微扰论在计算电磁相互作用截面中的核心地位。 第七章：量子电动力学（QED）的基本框架 场论的正则量子化： 介绍如何对经典场（如电磁场）进行规范量子化，将场算符引入框架，并定义光子作为电磁场的激发态。 相互作用的引入与微扰理论： 阐述相互作用绘景（Interaction Picture）下的薛定谔方程，以及如何使用时间演化算符来处理电磁相互作用项。 费曼图的几何与代数意义： 详细讲解费曼规则的构造过程，包括内部线（传播子）、顶点（耦合常数）和外部线（粒子态）的对应关系。 第八章：QED 的基本计算与高阶修正 电子-电子/电子-正电子的散射（萨卡塔过程）： 使用最低阶费曼图计算 $ ext{e}^- ext{e}^+ o ext{e}^- ext{e}^+$ 散射的微分截面，并与经典理论进行对比。 光子的产生与湮灭： 分析电子在电磁场中吸收或辐射光子的过程，并计算其衰变率或产生率。 圈图与重整化概念的初步接触： 讨论在计算更高阶的费曼图（如自能修正、真空极化）时出现的无穷大问题。简要介绍物理上如何通过重整化过程处理这些无穷大，提取出可观测的物理量（如裸质量与重整化质量的区别）。 第九章：QED 的实验验证与精确度 电子的反常磁矩（Anomalous Magnetic Moment）： 介绍著名的 $g-2$ 效应，展示 QED 对电子磁矩的预测与实验测量之间的惊人一致性，这是对量子场论最精确的验证之一。 兰姆位移（Lamb Shift）： 解释原子能级微小分裂的物理起源，即电子与虚光子相互作用导致的能量修正，这一现象是经典电动力学无法解释的。 电荷的运行与电磁规范不变性： 从更深的层次探讨电磁相互作用的根本性质——规范对称性（$U(1)$ 规范群）在 QED 中的核心地位，以及它如何保证理论的物理完备性。 本书的独到之处在于，它将宏大而直观的经典电磁波现象，无缝地嵌入到高度抽象但精确的量子场论语言中，展示了物理学在不同尺度上对同一基本力的不同描述方式，强调了电磁相互作用作为所有基本力中研究得最透彻的范例，在现代物理学中的基石地位。

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