高能對撞物理

目錄
叢書序
前言
第一章導(dǎo)論1
1.1相互作用和基本粒子1
1.1.1粒子的分類3
1.1.2J/ψ粒子的發(fā)現(xiàn)和OZI規(guī)則9
1.1.3b和t夸克的尋找15
1.1.4強子結(jié)構(gòu)18
1.2加速器簡介23
1.2.1歷史上的加速器23
1.2.2直線加速器28
1.2.3同步回旋加速器29
1.2.4束流的聚焦和穩(wěn)定性31
1.2.5對撞機的亮度和質(zhì)心系能量32
1.3粒子的探測和鑒別34
1.3.1粒子和物質(zhì)的相互作用35
1.3.2電子和光子在介質(zhì)中的能量損失38
1.3.3強子簇射43
1.3.4能量分辨45
1.3.5粒子動量的測量48
1.3.6粒子的鑒別51
1.4習(xí)題58
參考文獻59
第二章對稱性61
2.1對稱性和守恒定律61
2.1.1經(jīng)典力學(xué)中的對稱性62
2.1.2量子力學(xué)中的對稱性64
2.1.3對稱性和群66
2.2連續(xù)時空對稱性68
2.2.1空間平移不變性和動量守恒定律68
2.2.2空間轉(zhuǎn)動不變性和角動量守恒定律70
2.2.3時間平移不變性和能量守恒定律72
2.3不連續(xù)時空對稱性73
2.3.1空間反射和宇稱守恒73
2.3.2時間反演不變性74
2.4內(nèi)部對稱性76
2.4.1電荷共軛變換C和CPT定理76
2.4.2G變換和G宇稱守恒81
2.5幺正群83
2.5.1U(1)規(guī)范不變性83
2.5.2SU(2)群和同位旋85
2.5.3SU(3)群89
2.6習(xí)題93
參考文獻93
第三章夸克的分布函數(shù)和碎裂函數(shù)94
3.1ep深度非彈性散射94
3.2從形狀因子到結(jié)構(gòu)因子95
3.3部分子假設(shè)和夸克部分子分布函數(shù)99
3.4弱相互作用的深度非彈散射103
3.4.1帶電流深度非彈散射過程103
3.4.2中微子中性流深度非彈散射過程104
3.5部分子分布函數(shù)的參數(shù)化105
3.6強子對撞的部分子模型107
3.6.1兩體單舉過程107
3.6.2Drell-Yan輕子對產(chǎn)生過程110
3.7膠子分布函數(shù)的確定112
3.8部分子的碎裂模型和碎裂函數(shù)115
3.8.1洛倫茲不變的普適性碎裂函數(shù)116
3.8.2碎裂函數(shù)的唯象學(xué)120
3.8.3重夸克的碎裂函數(shù)123
3.9部分子碎裂的計算機模擬125
3.9.1夸克獨立碎裂模型125
3.9.2夸克弦碎裂模型127
3.9.3膠子噴注131
3.10習(xí)題133
參考文獻133
第四章標準模型135
4.1U(1)定域規(guī)范不變性137
4.2SU(n)定域規(guī)范不變性139
4.3應(yīng)用特例:SU(2)和SU(3)定域規(guī)范理論142
4.3.1SU(2)定域規(guī)范理論142
4.3.2SU(3)規(guī)范理論和QCD144
4.4手征對稱性和V-A理論146
4.5無破缺的SU(2)L×U(1)Y規(guī)范理論148
4.6自發(fā)破缺的對稱性和戈德斯通定理151
4.6.1U(1)整體規(guī)范變換的情形152
4.6.2非阿貝爾群規(guī)范變換的情形154
4.7定域規(guī)范對稱性和希格斯機制155
4.8電弱統(tǒng)一模型156
4.8.1非阿貝爾規(guī)范群的希格斯機制和規(guī)范場粒子質(zhì)量156
4.8.2輕子的質(zhì)量158
4.8.3夸克的質(zhì)量和混合158
4.9CKM混合矩陣161
4.10習(xí)題163
參考文獻164
第五章QCD簡介165
5.1QCD的拉氏量165
5.2色因子和位勢168
5.2.1夸克-反夸克相互作用168
5.2.2夸克-夸克相互作用170
5.3色荷代數(shù)172
5.4正規(guī)化和重整化175
5.4.1維數(shù)正規(guī)化176
5.4.2重整化178
5.5跑動耦合常數(shù)αs182
5.6重整化群的不變性187
5.7軟膠子輻射190
5.8部分子密度的Q2演化和DGLAP方程192
5.9三噴注物理及膠子的發(fā)現(xiàn)198
5.9.1正負電子對撞的強子噴注事例199
5.9.2三噴注202
5.10習(xí)題208
參考文獻208
第六章CP宇稱破壞210
6.1中性贗標量介子的CP變換，時間演化和混合211
6.2K0-K0系統(tǒng)215
6.3CP破壞機制的分類218
6.4η+-、η00及中性K介子系統(tǒng)中的直接CP破壞219
6.5帶電介子弱衰變中的直接CP破壞222
6.6B0-B0混合中的間接CP破壞224
6.7混合和衰變干涉效應(yīng)中的CP破壞228
6.8標準模型的CP破壞機制229
6.8.1CKM矩陣的Wolfenstein參數(shù)化229
6.8.2幺正三角形231
6.9中性B介子衰變中的CP不對稱性和幅角測量235
6.9.11角的測量236
6.9.22角的測量241
6.9.33角的測量244
6.10CPT在B介子工廠中的檢驗249
6.11習(xí)題251
參考文獻252
第七章中性粲介子混合和類粲偶素強子態(tài)253
7.1中性贗標量介子的含時衰變率254
7.2D0-D0混合258
7.2.1D0→K+π-含時衰變260
7.2.2D0→K+π-衰變中的CP破壞263
7.2.3ψ(3770)→DD過程的量子關(guān)聯(lián)效應(yīng)測強相角δKπ264
7.2.4D0(D0)到CP本征態(tài)的衰變266
7.2.5D0的共軛三體衰變道混合參數(shù)的測量272
7.2.6D0共軛三體衰變道混合參數(shù)的模型無關(guān)測量277
7.2.7利用其他衰變道測量D0ˉD0混合279
7.3XYZ類粲偶素新強子譜281
7.3.1X(3872)282
7.3.2Y(4260)、Y(4360)和Y(4660)286
7.3.3Zc(3900)±，0288
7.4習(xí)題295
參考文獻296
第八章Z和W物理301
8.1W和Z粒子的發(fā)現(xiàn)301
8.1.1強子對撞中W粒子的產(chǎn)生和衰變303
8.1.2強子對撞中Z粒子的產(chǎn)生和衰變307
8.2LEP正負電子對撞機上Z0的產(chǎn)生310
8.3電弱可觀測量的高階修正313
8.4LEP對撞機上的lineshape測量318
8.5Z衰變的不可見寬度和中微子代數(shù)Nν的測量323
8.6LEP對撞機Z能區(qū)的不對稱性測量326
8.6.1前后不對稱性測量327
8.6.2末態(tài)費米子的極化不對稱性Apol331
8.6.3初態(tài)電子極化的不對稱性測量ALR337
8.7WW對物理339
8.7.1W粒子對的實驗測量342
8.7.2W粒子對產(chǎn)生的反常三規(guī)范玻色子耦合344
8.7.3對產(chǎn)生的W粒子的螺旋性351
8.8習(xí)題354
參考文獻354
第九章希格斯物理356
9.1標準模型的希格斯物理基礎(chǔ)358
9.2e+e-對撞機上希格斯粒子的產(chǎn)生360
9.3希格斯粒子的衰變363
9.4強子對撞機上希格斯粒子的產(chǎn)生365
9.5LHC上標準模型希格斯粒子的尋找372
9.6LHC上希格斯玻色子耦合的測量384
9.7*小超對稱理論模型MSSM中的希格斯物理簡介388
9.8LHC上超標準模型希格斯玻色子的尋找398
參考文獻401
第十章展望405
10.1大統(tǒng)一的理論模型405
10.2超對稱性粒子的實驗尋找408
10.2.1squark和gluino的尋找412
10.2.2χ±和χ0的尋找418
10.2.3超對稱性輕子的尋找422
10.3未來的直線對撞機項目425
參考文獻428
附錄A度規(guī)、狄拉克場和電磁場規(guī)范約束433
A.1度規(guī)433
A.2狄拉克場434
A.3電磁場的規(guī)范約束436
附錄B群論簡介438
附錄C高速粒子運動學(xué)450
C.1洛倫茲變換450
C.2洛倫茲變換的快度描寫452
C.3洛倫茲不變的散射振幅與相空間454
C.4反應(yīng)截面459
C.5一些物理量在實驗室系和質(zhì)心系之間的變換關(guān)系461
C.6一些過程的截面公式465
C.6.1共振態(tài)公式465
C.6.2輕粒子的產(chǎn)生465
C.6.3弱規(guī)范玻色子的產(chǎn)生467
C.6.4單舉強子反應(yīng)468
C.6.5雙光子過程469
C.7習(xí)題470
參考文獻470