高能粒子對撞機是粒子物理研究和探索宇宙深層次物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最為重要的研究工具。高能粒子對撞機是一個復(fù)雜的加速器系統(tǒng)，由各種加速器構(gòu)成。對撞機加速器主要由直線加速器和環(huán)形加速器構(gòu)成。對撞機加速器物理涉及直線加速器物理和環(huán)形加速器物理，相關(guān)加速器物理既涉及單粒子及多粒子運動規(guī)律，又涉及加速器結(jié)構(gòu)中電磁場及帶電粒子與加速器結(jié)構(gòu)之間的相互作用。對撞機加速器物理的特殊性在于需要研究相互對撞的粒子束中粒子的運動規(guī)律。描述對撞機加速器系統(tǒng)中的帶電粒子運動的哈密頓量既包含線性部分又包含非線性部分，既包含非周期運動又包含周期運動，在這樣復(fù)雜的單體和多體動力學(xué)系統(tǒng)中既存在穩(wěn)定運動也存在不穩(wěn)定運動和混沌運動。因此，對撞機加速器物理屬于加速器科學(xué)，研究和把握帶電粒子運動的物理規(guī)律需要建立一系列相關(guān)動力學(xué)理論和解析公式，需要采用相關(guān)程序進(jìn)行數(shù)值計算研究。然而，對撞機加速器物理的核心還是相關(guān)的加速器理論，這個是對撞機優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，也是采用程序進(jìn)行數(shù)值計算，理解數(shù)值計算結(jié)果，進(jìn)而與實驗進(jìn)行比較驗證的基礎(chǔ)。
　　然而，自對撞機發(fā)明至今，盡管很多現(xiàn)象在實驗上得以發(fā)現(xiàn)，并在數(shù)值計算中得以確認(rèn)，但是很多關(guān)鍵的加速器結(jié)構(gòu)理論問題、加速器粒子動力學(xué)問題、對撞束流的相互作用問題以及對撞機系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計問題等均沒有得到深入有效的研究。即使在加速器物理研究的很多領(lǐng)域已經(jīng)取得了重要成果，但是這些前沿知識只是停留在分散發(fā)表的文獻(xiàn)中，沒有得到系統(tǒng)的、教科書式的廣泛和有效的宣傳，使這些研究成果沒有及時得到應(yīng)用，這個現(xiàn)狀令人有些遺憾。一直以來筆者就有為改變上述現(xiàn)狀寫一本專著的想法，主要是想盡可能全面深入地回答上述問題，為本領(lǐng)域的研究人員和學(xué)生提供一個可以借鑒的思路、理論和解析計算方法。