适读人群：物理专业高年级本科生及低年级研究生
　　《粒子物理导论（翻译版·原书第2版）》有很好的声誉。本次修订，作者致力灵活利用非传统的方式来平衡定量的严格性和直观的理解。在第1章详细讲述本书主题的历史，随后给出标准模型的定量展示。再简化介绍一个玩具模型的费曼规则，以帮助读者学习去掉了自旋复杂性的计算技术。随后讨论可以理解的量子电动力学，强作用、弱作用和规范场的理论。新的章节加入了中微子振荡和对超出标准模型的物理的预期。本书包含了一定数量的实际例子以及很多章末的习题。完整的题解可以提供给教师（获取方式见本书前言）。　　★一本很有名的粒子物理教科书的修订版　　★一定数量的实际例子以及很多章末的习题　　★帮助学生掌握费曼规则　　★给教师使用的习题解答

内容简介

　　《粒子物理导论（翻译版·原书第2版）》是大卫J.格里菲斯三大作品之一（另有《量子力学概论》及《电动力学导论》），内容主要包括基本粒子物理历史介绍、基本粒子动力学、相对论运动学、对称性、束缚态、费曼算法、量子电动力学、夸克的电动力学和色动力学、弱作用、规范理论、中微子振荡等内容，并在后探讨了未来可能有所发现的某些方向。本书是物理专业高年级本科生入门教材，也可作为物理专业低年级研究生的参考教材，同时对粒子物理实验和理论研究人员也有参考价值。

作者简介

大卫·格里菲斯是里德学院（俄勒冈州珀特兰市）的物理学教授。在哈佛大学获得粒子物理博士学位后，曾在几所大学和学院任教，1978年进入里德学院。他专长于电动力学和量子力学，还有基本粒子物理，并在这三个领域都著有教科书。

王青，清华大学物理系教授，博士生导师。从事量子场论和基本粒子理论研究, 主要集中于非微扰理论、对称性自发破缺、强子物理和超出标准模型的新物理。社会兼职：中国高能物理学会常务理事，教育部大学课程教学指导委员会副主任等。

译者序原书第1版前言原书第2版前言公式和常数粒子数据引言1 第1章基本粒子物理历史介绍9 1.1经典时代（1897—1932）9 1.2光子（1900—1924）10 1.3介子（1934—1947）12 1.4反粒子（1930—1956）14 1.5中微子（1930—1962）16 1.6奇异粒子（1947—1960）20 1.7八重态（1961—1964）23 1.8夸克模型（1964）26 1.9十一月革命及其以后（1974—1983 和1995）29 1.10矢量中间玻色子（1983）32 1.11标准模型（1978—2012）��33 第2章基本粒子动力学42 2.1四种力42 2.2量子电动力学（QED）43 2.3量子色动力学（QCD）47 2.4弱作用51 2.4.1中性51 2.4.2带电53 2.4.3夸克54 2.4.4W和Z的弱耦合和电磁耦合56 2.5衰变和守恒定律57 2.6统一方案60 第3章相对论运动学64 3.1洛伦兹变换64 3.2四矢量66 3.3能量和动量69 3.4碰撞71 3.4.1经典碰撞72 3.4.2相对论碰撞72 3.5例子和应用73 第4章对称性82 4.1对称性、群和守恒定律82 4.2角动量85 4.2.1角动量的相加87 4.2.2自旋1/289 4.3味对称性92 4.4分立对称性97 4.4.1宇称97 4.4.2电荷共轭102 4.4.3CP103 4.4.4时间反演和TCP定理107 第5章束缚态116 5.1薛定谔方程116 5.2氢原子118 5.2.1精细结构119 5.2.2兰姆位移121 5.2.3超精细分裂122 5.3正电子偶素123 5.4夸克偶素125 5.4.1粲偶素126 5.4.2底偶素127 5.5轻夸克介子129 5.6重子131 5.6.1重子波函数132 5.6.2磁矩137 5.6.3质量139 第6章费曼算法144 6.1衰变和散射144 6.1.1衰变率144 6.1.2截面145 6.2黄金规则148 6.2.1衰变的黄金规则149 6.2.2散射的黄金规则151 6.3玩具理论的费曼规则153 6.3.1A的寿命155 6.3.2A+A→B+B散射156 6.3.3高阶图157 第7章量子电动力学163 7.1狄拉克方程163 7.2狄拉克方程的解166 7.3双线性协变量170 7.4光子172 7.5QED的费曼规则175 7.6例子177 7.7喀什米尔窍门180 7.8截面和寿命183 7.9重整化188 第8章夸克的电动力学和色动力学199 8.1e+e-碰撞中的强子产生199 8.2电子�仓首拥�性散射202 8.3色动力学的费曼规则206 8.4色因子209 8.4.1夸克和反夸克210 8.4.2夸克和夸克211 8.5QCD中的对湮灭213 8.6渐进自由216 第9章弱作用224 9.1带电轻子的弱作用224 9.2缪子衰变226 9.3中子衰变230 9.4π介子衰变235 9.5夸克的带电弱作用237 9.6中性弱作用240 9.7电弱统一247 9.7.1手征费米子态247 9.7.2弱同位旋和超核250 9.7.3电弱混合252 第10章规范理论259 10.1经典粒子力学的拉格朗日体系259 10.2相对论场论中的拉氏量260 10.3局域规范不变性262 10.4杨�裁锥�斯理论265 10.5色动力学268 10.6费曼规则270 10.7质量项272 10.8对称性自发破缺274 10.9希格斯机制276 第11章中微子振荡283 11.1太阳中微子问题283 11.2振荡285 11.3证实287 11.4中微子质量289 11.5混合矩阵290 第12章最后：下面是什么？294 12.1希格斯玻色子294 12.2大统一297 12.3物质/反物质不对称性300 12.4超对称、弦和额外维302 12.4.1超对称302 12.4.2弦303 12.5暗物质/暗能量304 12.5.1暗物质304 12.5.2暗能量305 12.6结论306 附录310 附录A狄拉克Delta函数310 附录B衰变率和截面313 B.1衰变313 B.2截面314 附录C泡利和狄拉克矩阵315 C.1泡利矩阵315 C.2狄拉克矩阵315 附录D费曼规则（树图）316 D.1外线316 D.2传播子317 D.3顶角因子317 索引320

前言/序言

　　第一版前言　　本书是物理专业高年级本科生的入门书。我的同事中大多数人认为这个题目对这样的读者是不合适的——数学上太高深，唯象上太零散，不牢靠的基础和不确定的未来。这个观点十年前我会同意，但在最近十年，尘埃落定到令人相当吃惊的程度，说基本粒子物理已经成年是合适的时候了。虽然我们还有非常多的知识要去学习，但显然现在已经有了一致和统一的理论架构，它太令人激动和重要，以致不能在研究生教学中省略或稀释为定性的现代物理的子部分。我相信把基本粒子物理放进本科生标准课程的时间到了。　　不幸的是，这个领域的研究文献显然是本科生所无法企及的，虽然有若干极好的研究生教材，但它们要求即便不是量子场论，也是很强的高等量子力学基础。另外，虽然有很多很好的科普书和一些杰出的《科学美国人》文章，但很少专为本科生所写。本书是填补这个需求的一个努力和尝试。它起自我时不时在Reed学院教的一学期的粒子物理课程。学生一般有一学期的电磁学课（Lorrain和Corson的水平）、一学期的量子力学课（Park的水平）和相对较强的狭义相对论的背景。　　除了其主要受众，我希望这本书将对研究生新生有用，或者作为初始教材，或作为更深入学习的准备。把这些记在心里，并致力于尽可能的完备性和可塑性，本书包含了比一个单一学期能够舒适地涵盖所更多的内容。（在我自己的课上我要求学生自己阅读第1章和第2章，从第3章开始教。我跳过第5章，聚焦于第6和7章，讨论第8章的头两节，然后跳到第10章）为帮助读者（和教师），我在每章开始安排一个简短的目的和内容、前期要求和以后角色的介绍。本书是我在斯坦福直线加速器中心学术休假期间写成的，我要感谢Sidney Drell教授和理论组的其他成员的热情款待。　　第二版前言　　David Griffiths1986年自从这本书的第1版出版以来，已经过去20多年了，书中大多数内容仍未过时，这既令人满意又使人痛苦。缺陷肯定是显见的——那时，顶夸克的存在尚未被证实，中微子一般被假定为（并无很好的理由）无质量的。而标准模型，它基本上是本书的主题，被证明令人吃惊地坚挺。这是对理论的称颂，同时也是对我们想象力的控诉。我不认为在基本粒子物理历史中有相应的时期自然界中会发生如此少的真正的革命。中微子振荡怎样？事实上这是一个极好的故事（我已经对此题目单加了一章）。而此极端的现象与标准模型符合得如此之好以致人们几乎可以说，回顾过去（当然）如果它不是这样才是更令人惊奇的。超对称和弦理论如何？是，但这些暂且必须被看作例外（我已经加了一章，讨论现代理论的发展）。只要坚实的实验验证可以继续，标准模型（中微子有质量和混合）仍将占支配地位。　　除了已经说过的新的两章，我把第1章的粒子物理历史的内容更新了，缩短了第5章，在第6章提供了（我希望）对黄金规则更引人入胜的介绍，而减掉了原第8章中大多数的电磁形状因子和标度的内容（这在深度非弹实验的解释中是十分重要的，它使夸克模型具有了安全的基础，但今天没人怀疑夸克的存在，因此技术细节不再如此重要了）。第8章剩下的部分与原第9章结合形成一个关于强子的新的一章。最后，我准备了一个完整的解题手册（从出版商Wiley那里可免费得到，但只针对——我抱歉——教师�。�。除此之外其余内容改变相对很小。　　很多人发给我建议和修正信息，或耐心地回答我的问题。我无法感谢每个人，但我将要感谢他们中那些有特别帮助的人：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).这项工作中的一部分是我在斯坦福和SLAC学术休假时完成的，我要特别感谢Patricia和Michael Peskin使之得以实现。　　David Griffiths2008年　　译者序　　随着2012年欧洲核子中心宣布粒子物理标准模型中最后一个未被发现、俗称上帝粒子的希格斯粒子的发现及2013年诺贝尔物理学奖被授予20世纪60年代希格斯粒子的提出人希格斯和恩格兰特，标准模型最后一块拼接板被拼接成功，因而成为一个完整被实验所验证的基础物理理论模型。基本粒子物理的研究由此进入了后标准模型时代，它的基本标志是：不管超出标准模型的新物理是否被发现，标准模型永远会作为一个为实验验证过的完整理论模型而被作为后来研究者的研究基础和出发点。在这个新时代里，标准模型作为一个成熟且经过实验检验的物理学基本理论模型已经完全达到了被纳入大学物理专业本科教学内容的标准。　　实际上，随着物理学的发展和知识爆炸性的增长，哪些物理学理论应该被纳入大学本科物理专业的基础教材一直是物理学科教学所关注并在不断探讨和研究的问题。物理专业的本科四年教育目前一直被填得满满的，教完了基础的普通物理及其实验、四大力学、近代物理实验，仅剩下为数不多的学时，专业教师都希望学生能早些进入具体的课题，由此比较排斥再往教学内容中填充更多基本的必修内容。但从培养有宽阔视野的物理人才的角度看，让学生对人类在自然界各个物质层面所发展的物理理论都有所了解似乎是有一定的必要性的。相应的课程按照空间尺度从大到小包括：天体物理、凝聚态物理、原子分子物理、核物理、粒子物理。对粒子物理，由于它远离现实生活，所需要的描述工具又非常高深，再加上以前标准模型仍未被实验完全证实，还存在理论模型不完全正确的可能性，因此往往在本科阶段不太详细讲授，即使涉及，也要么只是在普通物理的最后稍微涉猎一点点，要么和核物理结合在一起简要介绍一下，而针对本科生单独完整的粒子物理本科课程基本没有。为此，本书的作者大卫·格里菲斯早在30年前本书第1版前言中就特别强调：“在最近十年，尘埃落定到令人相当吃惊的程度，说基本粒子物理已经成年是合适的时候了。虽然我们还有非常多的知识要去学习，但显然现在已经有了一致和统一的理论架构，它太令人激动和重要，以致不能在研究生教学中省略或稀释为定性的现代物理的子部分。我相信把基本粒子物理放进本科生标准课程的时间到了。”从这本书的第1版到现在，粒子物理又有了巨大的发展，标准模型无论在理论还是实验上都已达到相当完美和完备的地步，格里菲斯当年的表述因此有了更坚实的理论和实验支撑。　　随着中国国力的上升，国家对基础研究的投入也越来越多，对像基本粒子这样的最为基础的物理研究也可望国家不止在理论方面更在对应于大科学工程的实验上有大的投入，以期在未来使中国能在物质最小的基本结构及其相互作用规律的研究方面为人类做出更大的贡献。这一方面需要高校培养更多的相关物理专业人才，另一方面需要能把高深的粒子物理简化为大学甚至更低层次水平的半专业半科普作品，以便能提高全社会对基本粒子这样的物理学基础的认识水平。这些都呼唤着大学本科水平中文版粒子物理教材的出现。　　国内外粒子物理的教科书并不少，但专门针对本科学生的教科书，特别是把内容主要放在针对本科生介绍标准模型的教材却几乎没有。这当然主要是因为标准模型所需要的除基本粒子现象以外的量子场论和规范场论的高深知识很难被下放到本科水平的教材当中。格里菲斯的这本书基本解决了这个问题，书的内容既巧妙地避免了复杂深奥的场论理论与计算，又用物理学本科学生已有的知识较好地把标准模型及其所需要的量子场论和规范场论的基本知识以比较物理的方式生动地介绍出来，并且文字流畅优美，这有赖于作者多年的教学积累及其深厚的专业和文字功底。无怪乎这本教材在美国成为本科阶段高校用得最广、最受欢迎的粒子物理教科书，笔者在翻译的过程中受益匪浅，但限于译者有限的专业水平和文字功底，书中可能会有翻译不理想、不准确甚至错误的地方，敬请各位读者批评指正。　　2017于清华
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