本書是大衛(wèi)J.格里菲斯三大作品之一(另有《量子力學(xué)概論》及《電動力學(xué)導(dǎo)論》),內(nèi)容主要包括基本粒子物理歷史介紹、基本粒子動力學(xué)、相對論運動學(xué)、對稱性、束縛態(tài)、費曼算法、量子電動力學(xué)、夸克的電動力學(xué)和色動力學(xué)、弱作用、規(guī)范理論、中微子振蕩等內(nèi)容,并在后探討了未來可能有所發(fā)現(xiàn)的某些方向。本書是物理專業(yè)高年級本科生入門教材,也可作為物理專業(yè)低年級研究生的參考教材,同時對粒子物理實驗和理論研究人員也有參考價值。
本書有很好的聲譽。本次修訂,作者致力靈活利用非傳統(tǒng)的方式來平衡定量的嚴(yán)格性和直觀的理解。在第1章詳細(xì)講述本書主題的歷史,隨后給出標(biāo)準(zhǔn)模型的定量展示。再簡化介紹一個玩具模型的費曼規(guī)則,以幫助讀者學(xué)習(xí)去掉了自旋復(fù)雜性的計算技術(shù)。隨后討論可以理解的量子電動力學(xué),強(qiáng)作用、弱作用和規(guī)范場的理論。新的章節(jié)加入了中微子振蕩和對超出標(biāo)準(zhǔn)模型的物理的預(yù)期。本書包含了一定數(shù)量的實際例子以及很多章末的習(xí)題。完整的題解可以提供給教師(獲取方式見本書前言)。
★一本很有名的粒子物理教科書的修訂版
★一定數(shù)量的實際例子以及很多章末的習(xí)題
★幫助學(xué)生掌握費曼規(guī)則
★給教師使用的習(xí)題解答
第一版前言
本書是物理專業(yè)高年級本科生的入門書。我的同事中大多數(shù)人認(rèn)為這個題目對這樣的讀者是不合適的——數(shù)學(xué)上太高深,唯象上太零散,不牢靠的基礎(chǔ)和不確定的未來。這個觀點十年前我會同意,但在最近十年,塵埃落定到令人相當(dāng)吃驚的程度,說基本粒子物理已經(jīng)成年是合適的時候了。雖然我們還有非常多的知識要去學(xué)習(xí),但顯然現(xiàn)在已經(jīng)有了一致和統(tǒng)一的理論架構(gòu),它太令人激動和重要,以致不能在研究生教學(xué)中省略或稀釋為定性的現(xiàn)代物理的子部分。我相信把基本粒子物理放進(jìn)本科生標(biāo)準(zhǔn)課程的時間到了。
不幸的是,這個領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)顯然是本科生所無法企及的,雖然有若干極好的研究生教材,但它們要求即便不是量子場論,也是很強(qiáng)的高等量子力學(xué)基礎(chǔ)。另外,雖然有很多很好的科普書和一些杰出的《科學(xué)美國人》文章,但很少專為本科生所寫。本書是填補這個需求的一個努力和嘗試。它起自我時不時在Reed學(xué)院教的一學(xué)期的粒子物理課程。學(xué)生一般有一學(xué)期的電磁學(xué)課(Lorrain和Corson的水平)、一學(xué)期的量子力學(xué)課(Park的水平)和相對較強(qiáng)的狹義相對論的背景。
除了其主要受眾,我希望這本書將對研究生新生有用,或者作為初始教材,或作為更深入學(xué)習(xí)的準(zhǔn)備。把這些記在心里,并致力于盡可能的完備性和可塑性,本書包含了比一個單一學(xué)期能夠舒適地涵蓋所更多的內(nèi)容。(在我自己的課上我要求學(xué)生自己閱讀第1章和第2章,從第3章開始教。我跳過第5章,聚焦于第6和7章,討論第8章的頭兩節(jié),然后跳到第10章)為幫助讀者(和教師),我在每章開始安排一個簡短的目的和內(nèi)容、前期要求和以后角色的介紹。本書是我在斯坦福直線加速器中心學(xué)術(shù)休假期間寫成的,我要感謝Sidney Drell教授和理論組的其他成員的熱情款待。
第二版前言
David Griffiths1986年自從這本書的第1版出版以來,已經(jīng)過去20多年了,書中大多數(shù)內(nèi)容仍未過時,這既令人滿意又使人痛苦。缺陷肯定是顯見的——那時,頂夸克的存在尚未被證實,中微子一般被假定為(并無很好的理由)無質(zhì)量的。而標(biāo)準(zhǔn)模型,它基本上是本書的主題,被證明令人吃驚地堅挺。這是對理論的稱頌,同時也是對我們想象力的控訴。我不認(rèn)為在基本粒子物理歷史中有相應(yīng)的時期自然界中會發(fā)生如此少的真正的革命。中微子振蕩怎樣?事實上這是一個極好的故事(我已經(jīng)對此題目單加了一章)。而此極端的現(xiàn)象與標(biāo)準(zhǔn)模型符合得如此之好以致人們幾乎可以說,回顧過去(當(dāng)然)如果它不是這樣才是更令人驚奇的。超對稱和弦理論如何?是,但這些暫且必須被看作例外(我已經(jīng)加了一章,討論現(xiàn)代理論的發(fā)展)。只要堅實的實驗驗證可以繼續(xù),標(biāo)準(zhǔn)模型(中微子有質(zhì)量和混合)仍將占支配地位。
除了已經(jīng)說過的新的兩章,我把第1章的粒子物理歷史的內(nèi)容更新了,縮短了第5章,在第6章提供了(我希望)對黃金規(guī)則更引人入勝的介紹,而減掉了原第8章中大多數(shù)的電磁形狀因子和標(biāo)度的內(nèi)容(這在深度非彈實驗的解釋中是十分重要的,它使夸克模型具有了安全的基礎(chǔ),但今天沒人懷疑夸克的存在,因此技術(shù)細(xì)節(jié)不再如此重要了)。第8章剩下的部分與原第9章結(jié)合形成一個關(guān)于強(qiáng)子的新的一章。最后,我準(zhǔn)備了一個完整的解題手冊(從出版商Wiley那里可免費得到,但只針對——我抱歉——教師。3酥馄溆鄡(nèi)容改變相對很小。
很多人發(fā)給我建議和修正信息,或耐心地回答我的問題。我無法感謝每個人,但我將要感謝他們中那些有特別幫助的人:Guy Blaylock (UMass), John Boersma (Rochester),Carola Chinellato (Brazil), Eugene Commins (Berkeley), Mimi Gerstell (Cal Tech),Nahmin Horwitz (Syracuse), Richard Kass (Ohio State), Janis McKenna (UBC),Jim Napolitano (RPI), Nic Nigro (Seattle), John Norbury (UW-Milwaukee), Jason Quinn (Notre Dame), Aaron Roodman (SLAC), Natthi Sharma (EasternMichigan),Steve Wasserbeach (Haverford), and above all Pat Burchat (Stanford).這項工作中的一部分是我在斯坦福和SLAC學(xué)術(shù)休假時完成的,我要特別感謝Patricia和Michael Peskin使之得以實現(xiàn)。
David Griffiths2008年
大衛(wèi)·格里菲斯是里德學(xué)院(俄勒岡州珀特蘭市)的物理學(xué)教授。在哈佛大學(xué)獲得粒子物理博士學(xué)位后,曾在幾所大學(xué)和學(xué)院任教,1978年進(jìn)入里德學(xué)院。他專長于電動力學(xué)和量子力學(xué),還有基本粒子物理,并在這三個領(lǐng)域都著有教科書。
譯者序
原書第1版前言
原書第2版前言
公式和常數(shù)粒子數(shù)據(jù)
引言1
第1章基本粒子物理歷史介紹9
11經(jīng)典時代(1897—1932)9
12光子(1900—1924)10
13介子(1934—1947)12
14反粒子(1930—1956)14
15中微子(1930—1962)16
16奇異粒子(1947—1960)20
17八重態(tài)(1961—1964)23
18夸克模型(1964)26
19十一月革命及其以后(1974—1983
和1995)29
110矢量中間玻色子(1983)32
111標(biāo)準(zhǔn)模型(1978—2012)33
第2章基本粒子動力學(xué)42
21四種力42
22量子電動力學(xué)(QED)43
23量子色動力學(xué)(QCD)47
24弱作用51
241中性51
242帶電53
243夸克54
244W和Z的弱耦合和電磁耦合56
25衰變和守恒定律57
26統(tǒng)一方案60
第3章相對論運動學(xué)64
31洛倫茲變換64
32四矢量66
33能量和動量69
34碰撞71
341經(jīng)典碰撞72
342相對論碰撞72
35例子和應(yīng)用73
第4章對稱性82
41對稱性、群和守恒定律82
42角動量85
421角動量的相加87
422自旋1/289
43味對稱性92
44分立對稱性97
441宇稱97
442電荷共軛102
443CP103
444時間反演和TCP定理107
第5章束縛態(tài)116
51薛定諤方程116
52氫原子118
521精細(xì)結(jié)構(gòu)119
522蘭姆位移121
523超精細(xì)分裂122
53正電子偶素123
54夸克偶素125
541粲偶素126
542底偶素127
55輕夸克介子129
56重子131
561重子波函數(shù)132
562磁矩137
563質(zhì)量139
第6章費曼算法144
61衰變和散射144
611衰變率144
612截面145
62黃金規(guī)則148
621衰變的黃金規(guī)則149
622散射的黃金規(guī)則151
63玩具理論的費曼規(guī)則153
631A的壽命155
632A+A→B+B散射156
633高階圖157
第7章量子電動力學(xué)163
71狄拉克方程163
72狄拉克方程的解166
73雙線性協(xié)變量170
74光子172
75QED的費曼規(guī)則175
76例子177
77喀什米爾竅門180
78截面和壽命183
79重整化188
第8章夸克的電動力學(xué)和色動力學(xué)199
81e+e-碰撞中的強(qiáng)子產(chǎn)生199
82電子質(zhì)子彈性散射202
83色動力學(xué)的費曼規(guī)則206
84色因子209
841夸克和反夸克210
842夸克和夸克211
85QCD中的對湮滅213
86漸進(jìn)自由216
第9章弱作用224
91帶電輕子的弱作用224
92繆子衰變226
93中子衰變230
94π介子衰變235
95夸克的帶電弱作用237
96中性弱作用240
97電弱統(tǒng)一247
971手征費米子態(tài)247
972弱同位旋和超核250
973電弱混合252
第10章規(guī)范理論259
101經(jīng)典粒子力學(xué)的拉格朗日體系259
102相對論場論中的拉氏量260
103局域規(guī)范不變性262
104楊米爾斯理論265
105色動力學(xué)268
106費曼規(guī)則270
107質(zhì)量項272
108對稱性自發(fā)破缺274
109希格斯機(jī)制276
第11章中微子振蕩283
111太陽中微子問題283
112振蕩285
113證實287
114中微子質(zhì)量289
115混合矩陣290
第12章最后:下面是什么?294
121希格斯玻色子294
122大統(tǒng)一297
123物質(zhì)/反物質(zhì)不對稱性300
124超對稱、弦和額外維302
1241超對稱302
1242弦303
125暗物質(zhì)/暗能量304
1251暗物質(zhì)304
1252暗能量305
126結(jié)論306
附錄310
附錄A狄拉克Delta函數(shù)310
附錄B衰變率和截面313
B1衰變313
B2截面314
附錄C泡利和狄拉克矩陣315
C1泡利矩陣315
C2狄拉克矩陣315
附錄D費曼規(guī)則(樹圖)316
D1外線316
D2傳播子317
D3頂角因子317
索引320