中外物理学精品书系：现代粒子物理学导论（第三版）（英文影印版）

图书标准信息

• 作者 [巴基斯坦]法耶兹丁（Fayyazuddin）、[巴基斯坦]里亚兹丁 著
• 出版社 北京大学出版社
• 出版时间 2015-01
• 版次 1
• ISBN 9787301251744
• 定价 116.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 684页
• 字数 683千字
• 丛书 中外物理学精品书系

【内容简介】

　　《中外物理学精品书系：现代粒子物理学导论（第三版）（英文影印版）》涵盖了粒子物理各种方向，包括量子电动力学、夸克模型、标准模型等等。在理论和实验两方面都进行了系统讲解。此外，本书还着重讨论了天体物理、宇宙学和粒子物理学的交叉研究，即天体粒子物理学。
　　《中外物理学精品书系：现代粒子物理学导论（第三版）（英文影印版）》适合粒子物理、核物理、天体物理等领域的研究者和研究生阅读。

【作者简介】

　　（巴基斯坦）法耶兹丁，巴基斯坦国家物理中心教授。

【目录】

Preface vii

1. Introduction 1

1.1 Fundamental Forces      . 1

1.1.1 The Gravitational Force    2

1.1.2 The Weak Nuclear Force    2

1.1.3 The Electromagnetic Force    . 3

1.1.4 The Strong Nuclear Force    4

1.2 Relative Strength of Four Fundamental Forces  4

1.3 Range of the Three Basic Forces    5

1.4 Classi_cation of Matter     . 7

1.5 Strong Color Charges      9

1.6 Fundamental Role of \Charges" in the Uni_cation of Forces 10

1.7 Strong Quark-Quark Force     . 16

1.8 Grand Uni_cation      18

1.9 Units and Notation      19

1.10 Problems       . 21

1.11 References       . 21

2. Scattering and Particle Interaction 23

2.1 Introduction       23

2.2 Kinematics of a Scattering Process    . 26

2.3 Interaction Picture      31

2.4 Scattering Matrix （S-Matrix）     32

2.5 Phase Space       36

2.6 Examples       . 39

2.6.1 Two-body Scattering     39

2.6.2 Three-body Decay     41

2.7 Electromagnetic Interaction     . 50

2.8 Weak Interaction      . 52

2.9 Hadronic Cross-section      55

2.10 Problems       . 56

2.11 References       . 58

3. Space-Time Symmetries 59

3.1 Introduction       59

3.1.1 Rotation and SO（3） Group    . 60

3.1.2 Translation      62

3.1.3 Lorentz Group      63

3.2 Invariance Principle      . 65

3.2.1 U Continuous      65

3.2.2 U is Discrete （e.g. Space Reection）   66

3.3 Parity        . 66

3.4 Intrinsic Parity       68

3.4.1 Intrinsic Parity of Pion    . 70

3.5 Parity Constraints on S-Matrix for Hadronic Reactions 71

3.5.1 Scattering of Spin 0 Particles on Spin 1

2 Particles 71

3.5.2 Decay of a Spin 0+ Particle into Three Spinless

Particles Each Having Odd Parity   . 72

3.6 Time Reversal       73

3.6.1 Unitarity      . 74

3.6.2 Reciprocity Relation     . 75

3.7 Applications       76

3.7.1 Detailed Balance Principle    . 76

3.8 Unitarity Constraints      77

3.8.1 Two-Particle Partial Wave Unitarity   79

3.9 Problems       . 85

3.10 References       . 90

4. Internal Symmetries 91

4.1 Selection Rules and Globally Conserved Quantum Numbers 91

4.2 Isospin        . 97

4.2.1 Electromagnetic Interaction and Isospin  100

4.2.2 Weak Interaction and Isospin    101

4.3 Resonance Production      101

4.3.1 _-resonance      . 103

4.3.2 Spin of _      . 103

4.4 Charge Conjugation      . 107

4.5 G-Parity        112

4.6 Problems       . 113

4.7 References       . 117

5. Unitary Groups and SU（3） 119

5.1 Unitary Groups and SU（3）     . 119

5.2 Particle Representations in Flavor SU（3）   124

5.2.1 Mesons       126

5.2.2 Baryons       128

5.3 U-Spin        . 132

5.4 Irreducible Representations of SU（3）    134

5.4.1 Young's Tableaux     135

5.5 SU（N）        . 141

5.6 Applications of Flavor SU（3）     145

5.6.1 SU（3） Invariant BBP Couplings   145

5.6.2 VPP Coupling      146

5.7 Mass Splitting in Flavor SU（3）    . 148

5.8 Problems       . 154

5.9 References       . 158

6. SU（6） and Quark Model 159

6.1 SU（6）        . 159

6.1.1 SU（6） Wave Function for Mesons   . 160

6.2 Magnetic Moments of Baryons    . 164

6.3 Radiative Decays of Vector Mesons    . 170

6.4 Radiative Decays （Complementary Derivation）  176

6.4.1 Mesonic Radiative Decays V = P +   . 176

6.4.2 Baryonic Radiative Decay    . 177

6.5 Problems       . 179

6.6 References       . 180

7. Color, Gauge Principle and Quantum Chromodynamics 181

7.1 Evidence for Color      181

7.2 Gauge Principle       184

7.2.1 Aharanov and Bohm Experiment   . 186

7.2.2 Gauge Principle for Relativistic Quantum Mechanics 188

7.3 Non-Abelion Local Gauge Transformations （Yang-Mills） . 190

7.4 Quantum Chromodynamics （QCD）    . 194

7.4.1 Conserved Current     . 197

7.4.2 Experimental Determinations of _s（q2） and

Asymptotic Freedom of QCD    199

7.5 Hadron Spectroscopy      . 202

7.5.1 One Gluon Exchange Potential   . 202

7.5.2 Long Range QCD Motivated Potential  205

7.5.3 Spin-Spin Interaction     209

7.6 The Mass Spectrum      . 209

7.6.1 Meson Mass Relations     211

7.6.2 Baryon Mass Spectrum    . 213

7.7 Problems       . 217

7.8 References       . 219

8. Heavy Flavors 221

8.1 Discovery of Charm      . 221

8.1.1 Isospin       223

8.1.2 SU（3） Classi_cation     . 223

8.2 Charm        . 224

8.2.1 Heavy Mesons      224

8.2.2 The Fifth Quark Flavor: Bottom Mesons  . 228

8.2.3 The Sixth Quark Flavor: The Top   . 228

8.3 Strong and Radiative Decays of D_ Mesons   229

8.4 Heavy Baryons       232

8.5 Quarkonium       233

8.6 Leptonic Decay Width of Quarkonium   . 237

8.7 Hadronic Decay Width      238

8.8 Non-Relativistic Treatment of Quarkonium   240

8.9 Observations       . 245

8.10 Tetraquark       246

8.11 Problems       . 249

8.12 References       . 254

9. Heavy Quark E_ective Theory 255

9.1 E_ective Lagrangian      . 255

9.2 Spin Symmetry of Heavy Quark    . 259

9.3 Mass Spectroscopy for Hadrons with One Heavy Quark . 264

9.4 The P-wave Heavy Mesons: Mass Spectroscopy  269

9.5 Decays of P-wave Mesons     275

9.6 Problems       . 277

9.7 References       . 277

10. Weak Interaction 279

10.1 V ?? A Interaction      279

10.1.1 Helicity of the Neutrino    . 281

10.2 Classi_cation of Weak Processes    281

10.2.1 Purely Leptonic Processes    . 281

10.2.2 Semileptonic Processes    . 283

10.2.3 Non-Leptonic Processes    . 287

10.2.4 _-Decay      . 288

10.2.5 Remarks      . 289

10.2.6 Semi-Leptonic Processes    291

10.3 Baryon Decays       292

10.4 Pseudoscalar Meson Decays     . 296

10.4.1 Pion Decay      296

10.4.2 Strangeness Changing Semi-Leptonic Decays . 297

10.5 Hadronic Weak Decays      299

10.5.1 Non-Leptonic Decays of Hyperons   . 299

10.5.2 _I = 1/2 Rule for Hyperon Decays   302

10.5.3 Non-leptonic Hyperon Decays in Non-Relativistic

Quark Model      . 304

10.6 Problems       . 307

10.7 References       . 310

11. Properties of Weak Hadronic Currents and Chiral Symmetry 311

11.1 Introduction       311

11.2 Conserved Vector Current Hypothesis （CVC）  . 311

11.3 Partially Conserved Axial Vector Current Hypothesis

（PCAC）        314

11.4 Current Algebra and Chiral Symmetry   . 317

11.4.1 Explicit Breaking of Chiral Symmetry  . 320

11.4.2 An Application of Chiral Symmetry to Non-

Leptonic Decays of Hyperons    323

11.5 Axial Anomaly       325

11.6 QCD Sum Rules      . 327

11.7 Problems       . 328

11.8 References       . 329

12. Neutrino 331

12.1 Introduction       331

12.2 Intrinsic Properties of Neutrinos    332

12.3 Mass        332

12.3.1 Constraints on Neutrino Mass   . 333

12.3.2 Dirac and Majorana Masses    337

12.3.3 Fermion Masses in the Standard Model （SM） and

See-saw Mechanism     . 339

12.4 Neutrino Oscillations      . 343

12.4.1 Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein E_ect  . 345

12.4.2 Evolution of Flavor Eigenstates in Matter  . 349

12.5 Evidence for Neutrino Oscillations    . 351

12.5.1 Disappearance Experiments    351

12.5.2 Appearance Experiments    351

12.6 Neutrino Mass Models and Mixing Matrix and Symmetries 355

12.7 Neutrino Magnetic Moment     . 360

12.8 Problems       . 362

12.9 References       . 363

13. Electroweak Uni_cation 365

13.1 Introduction       365

13.2 Spontaneous Symmetry Breaking and Higgs Mechanism . 366

13.2.1 Higgs Mechanism     368

13.2.2 Gauge Symmetry Breaking for Chiral U1U2 Group 369

13.3 Renormalizability      . 372

13.4 Electroweak Uni_cation     . 374

13.4.1 Experimental Consequences of the Electroweak

Uni_cation      381

13.4.2 Need for Radiative Corrections   . 382

13.4.3 Experiments which Determine sin2 _W  387

13.5 Decay Widths of W and Z Bosons    . 389

13.6 Tests of Yang-Mills Character of Gauge Bosons  395

13.7 Higgs Boson Mass      399

13.8 Upper Bound       . 399

13.8.1 Unitarity      . 399

13.8.2 Finiteness of Couplings    . 400

13.9 Standard Model, Higgs Boson Searches, Production at Decays

       401

13.9.1 LEP-2       401

13.9.2 LHC and Tevatron     . 402

13.10 Two Higgs Doublet Model （2HDM）    . 406

13.11 GIM Mechanism      . 411

13.12 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Matrix    414

13.13 Axial Anomaly       416

13.14 Problems       . 421

13.15 References       . 423

14. Deep Inelastic Scattering 425

14.1 Introduction       425

14.2 Deep-Inelastic Lepton-Nucleon Scattering   . 427

14.3 Parton Model       . 431

14.4 Deep Inelastic Neutrino-Nucleon Scattering   436

14.5 Sum Rules       . 439

14.6 Deep-Inelastic Scattering Involving Neutral Weak Currents 446

14.7 Problems       . 447

14.8 References       . 450

15. Weak Decays of Heavy Flavors 451

15.1 Leptonic Decays of _ Lepton     451

15.2 Semi-Hadronic Decays of _ Lepton    . 453

15.2.1 Special Cases      . 454

15.3 Weak Decays of Heavy Flavors    . 457

15.3.1 Leptonic Decays of D and B Mesons  . 458

15.3.2 Semileptonic Decays of D and B Mesons  . 459

15.3.3 （Exclusive） Semileptonic Decays of D and B Mesons 464

15.3.4 Weak Hadronic Decays of B Mesons   471

15.3.5 Inclusive Hadronic B Decays    476

15.3.6 Radiative Decays of Bq Mesons   478

15.4 Inclusive Hadronic Decays of D-Mesons   479

15.4.1 Scattering and Annihilation Diagrams  . 480

15.5 Problems       . 484

15.6 References       . 487

16. Particle Mixing and CP-Violation 489

16.1 Introduction       489

16.2 CPT and CP Invariance     . 492

16.3 CP-Violation in the Standard Model    494

16.4 Particle Mixing       497

16.5 K0 ?? _K0 Complex and CP-Violation in K-Decay  . 504

16.6 B0 ?? _B0 Complex      511

16.7 CP-Violation in B-Decays     515

16.8 CP-Violation in Hadronic Weak Decays of Baryons  518

16.9 Problems       . 522

16.10 References       . 523

17. Grand Uni_cation, Supersymmetry and Strings 525

17.1 Grand Uni_cation      525

17.1.1 q2 Evolution of Gauge Coupling Constants and the

Grand Uni_cation Mass Scale   . 529

17.1.2 General Consequences of GUTS   531

17.2 Poincar_e Group and Supersymmetry    534

17.2.1 Introduction      . 534

17.2.2 Poincar_e group     . 537

17.2.3 Two-Component Weyl Spinors   . 539

17.2.4 Spinor Algebra, Supersymmetry   540

17.2.5 Supersymmetric Multiplets    . 542

17.3 Supersymmetry and Strings     . 544

17.3.1 Introduction      . 544

17.3.2 Supersymmetry     . 545

17.4 String Theory and Duality     548

17.4.1 M-theory      . 550

17.5 Some Important Results     . 552

17.6 Conclusions       552

17.7 Problems       . 552

17.8 References       . 554

18. Cosmology and Astroparticle Physics 557

18.1 Cosmological Principle and Expansion of the Universe 557

18.2 The Standard Model of Cosmology    . 559

G

18.3 Cosmological Parameters and the Standard Model Solutions 562

18.4 Accelerating Universe and Dark Energy   566

18.4.1 Evidence from Supernovae    . 567

18.4.2 Evidence from CMB Data    . 568

18.4.3 Quintessence      . 571

18.4.4 Modi_ed Gravity     573

18.5 Hot Big Bang: Thermal History of the Universe  574

18.5.1 Thermal Equilibrium     574

18.5.2 The Radiation Era     . 576

18.6 Freeze Out       581

18.7 Limit on Neutrino Mass     . 584

18.8 Primordial Nucleosynthesis     . 585

18.9 Ination        588

18.9.1 Horizon Problem     . 588

18.9.2 Flatness Problem     590

18.9.3 Realization of Ination    . 591

18.9.4 Slow-roll Ination     593

18.10 Baryogenesis       . 595

18.10.1 Sakharov's Conditions     597

18.10.2 Various Scenarios for Baryogenesis   . 598

18.10.3 Leptogenesis      . 601

18.11 Problems       . 606

18.12 References       . 607

Appendix A Quantum Field Theory 609

A.1 Spin 0 Field       609

A.2 Spin 1/2 Particle      . 611

A.2.1 Pauli Representation of Matrices   612

A.2.2 Weyl Representation of Matrices   . 613

A.3 Trace of Matrices      616

A.4 Spin 1 Field       618

A.5 Massive Spin 1 Particle     . 619

A.6 Feynman Rules for S-Matrix in Momentum Space  . 620

A.7 Application of Feynman Rules     621

A.7.1 e+e??!Hadrons     624

A.7.2 ElectronScatteringanStructurelessSpin1=2Target625

A.8 Discrete Symmetries      . 628

A.8.1 Charge Conjugation     . 628

A.8.2 Space Reection     . 631

Electron Scattering and Structureless Spin 1=2 Target 625

A.8.3 Time Reversal      632

A.9 Problems       . 633

AppendixB Renormalization Group and Running Coupling Constant 639

B.1 Feynman Rules for Quantum Chromodynamics  639

B.2 Renormalization Group, Coupling Constant and Asymptotic

Freedom       . 640

B.3 Running Coupling Constant in Quantum Electrodynamics

（QED）        . 645

B.4 Running Coupling Constant for SU（2） Gauge Group . 646

B.5 Renormalization Group and High Q2 Behavior of Green's

Function        647

B.5.1 Gluon Propagator     649

B.5.2 Fermion Propagator     . 650

B.6 References for Appendices     652

Index 653