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从狭义相对论到费曼图解。为初学者开设的理论粒子物理课程。第二修订版。 (英语) Zbl 1371.81001号

物理Unitext查姆:施普林格(ISBN 978-3-319-22013-0/hbk;978-3-3169-22014-7/电子书)。十六、601页。(2016).
本书来源于作者在都灵理工大学为物理工程专业学生开设的高级量子力学课程,旨在为他们提供一些现代基础物理方面的见解。只有量子力学的基本知识是预设的。数学工具是在课程中开发的。这本书分为12章和8个附录。每章都指向适当的参考文献(有关第一版的简要回顾,请参阅[Zbl 1238.81001号]).
第一章,第1-38页,专门讨论狭义相对论,从牛顿的时空观到闵可夫斯基的时空观作了简明扼要的介绍。第2章,“相对论动力学”,第39-64页,包含相对论运动学、能量-质量关系和四向量。讨论了核质量缺陷及其对恒星能量产生的重要性。在第3章,第65-94页,描述了等效原理的经验基础,它促使A.爱因斯坦寻求广义相对论的物理根源。对潮汐力的讨论导致了弯曲时空的假设。解释了黎曼流形中的曲率,并考虑了粒子在弯曲时空中的运动。本章以爱因斯坦方程结束。第4章,第95-142页,是对变换群、李群、协变和反变、曲线坐标的一个偏移,以旋转群和洛伦兹群为例,包括坐标原点的偏移。第5章,第143-170页,描述了闵可夫斯基空间中的电磁场。介绍了Poincaré群下Maxwell方程的协方差、场张量、洛伦兹力、(mathbf{E})和(mathbf{B})的变换规则、四电流、能量动量张量和四势。最后,描述了电磁平面波的自旋。电磁场的量子化被认为是一个无限的谐振子系统,这是第6章第171-186页的主题。这里介绍了光子及其自旋。第7章,第187-213页,加深了对李群及其表征的理解。描述了李代数与无穷小变换的关系。非相对论量子力学考虑并举例说明了场的作用及其不变性。经典力学和经典场论中的拉格朗日和哈密顿公式是第8章第215-274页的主题。在牛顿和相对论情况下,考虑了作用原理和有限自由度运动方程的推导。包括E.诺特定理。在引入泛函导数的概念后,形式主义被扩展到经典领域。电磁场是主要的例子。考虑了时空和内部对称性。第9章,第275–315页,介绍了量子力学。量子态由复幺正空间中的射线表示。强调了厄米算符和幺正算符在量子力学中的重要性。考虑了期望值、转移概率和交换观测值的完整集。指出了无限维空间连续谱的可能性及其用积分代替和的处理方法。提到了用坐标或动量表示一个状态的可能性。概述了如何处理多组分系统或自旋粒子的状态。幺正算符对于表示状态变化至关重要,例如量子系统在空间或时间上的平移。考虑李群的酉表示。指出了由自伴算子、无穷小状态变化和单参数子群表示的李代数之间的关系。例如动量算子产生的空间平移和哈密尔顿算子产生的时间平移。在相对论的情况下,如何表示这种操作也被考虑在内。在这方面,质量和自旋与庞加莱群的不可约表示之间的对应关系被显示出来。第10章,第317-374页,专门讨论相对论波动方程。它开始指出,与非相对论情况相反,相对论波动方程解的绝对平方的概率解释是不可能的,因为粒子数会因产生和毁灭而改变。二次量化是谈论概率的必要条件。考虑到第6章中已经介绍的自由麦克斯韦场的波动方程,这一点得到了例证。然后引入Klein-Gordon方程,并考虑自旋为0的情况。在引入电荷(总)的连续性方程后,给出了Klein-Gordon方程通解的表示。复数标量场以通常的方式与电磁场耦合。对于自由标量场,给出了哈密尔顿公式。本章的其余部分涉及Dirac方程,该方程是作为一阶波动方程导出的,其解服从Klein-Gordon方程,允许构造服从连续性方程的概率流,并且其本身是洛伦兹协变的。从无穷小洛伦兹变换的作用出发,导出了轨道和自旋角动量算符,对于狄拉克方程的解,导出了总角动量守恒。考虑狄拉克方程的拉格朗日和哈密顿量。构造并广泛讨论了狄拉克方程的平面波解,添加了电荷共轭和自旋投影。描述了外部电磁场的耦合。奇偶变换和双线性形式结束了本章。相对论波场的量子化是第11章第375-425页的主题。引言指出了这样一个事实,即一致的量化只有在符合自旋统计定理的情况下才会出现。自由复Klein-Gordon场的量子化是通过场和共轭动量算符以及它们的埃尔米特共轭的海森堡等时间换相关系的要求来实现的。因此,Klein-Gordon方程一般解中的系数成为具有特征交换关系的算符,充当生成湮灭算符的作用。哈密顿算符、总动量算符和数字算符都用这些算符表示。显示了总电荷守恒定律。考虑了Poincaré群的作用、交换关系的不变性和因果关系。介绍了格林函数和费曼传播子。对于Dirac场,显式地证明了正则对易关系导致不一致,如果量化需要反对易关系,则不会出现不一致,但场算子的时间导数仍然由哈密顿量的对易子给出。哈密顿量,总动量。并给出了总电荷算符。泡利的原理是正确的。考虑了Poincaré群对域算子的作用,它们的反交换关系是不变的。介绍了费曼传播子。本章的其余部分包含了电动力学场和量子电动力学的协变量子化。第12章,第453-559页,描述了相互作用量子场的主要特征。相互作用场的拉格朗日或哈密顿量是自由场和相互作用场之和,通常动力学只能通过微扰展开来处理。自由场的概念只适用于渐近的早期和晚期,即输入和输出状态。介绍了衰变和散射过程的运动学概念。然后,从引入S-算符所在的相互作用图开始,考虑相互作用过程的动力学。后者将自由场的输入状态转换为输出自由场的相应状态,并作为时序算子乘积的多时间积分的指数序列给出。导出了几个性质以及与开头介绍的运动学概念的关系。考虑了两粒子情况、光学定理和自然单位。介绍了威克定理及其重要性。费曼规则和图表以量子电动力学为例。对动量表示进行了处理,并对虚光子进行了注释。给出了散射过程的几个例子。发散图、重整化过程、自能和电子的反常磁矩是本章的最后主题。
附录中包含了一些额外的物理或数学注释,如Eotvös实验或诱导群表征。参考文献的完整列表和索引结束了这本书。
这本书不仅对现代基础物理提供了一些见解,而且为进一步研究量子场论和基础文章物理打下了良好的基础,提出了正确的建议。

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81-01 量子理论的介绍性说明(教科书、教程论文等)
81Qxx号 量子理论中的一般数学主题和方法
81卢比 量子理论中的群和代数
81Sxx号 一般量子力学与量子化问题
81Txx型 量子场论;相关经典场论
81U20型 \量子理论中的(S)-矩阵理论等
81V10型 电磁相互作用;量子电动力学
83A05号 狭义相对论
83二氧化碳 爱因斯坦方程(一般结构、正则形式主义、柯西问题)
83立方厘米 广义相对论和引力理论中的运动方程
2005年7月70日 哈密尔顿方程
70时40分 哈密顿和拉格朗日力学问题的相对论动力学
70S05号 粒子和系统力学中的拉格朗日形式主义和哈密顿形式主义
00A79号 物理
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