編輯推薦
《現代量子場論簡引(英文影印版)》是影印版學術專著,原書由劍橋大學齣版社於2008年齣版。作者是高能粒子物理和超弦理論方麵極具影響的世界級專傢,有著對物理學非常深刻的理解。量子場論是目前理論物理的基礎理論,無論在粒子物理還是凝聚態物理中都占有極其重要的地位。本書最大的特點在於其"現代"性,關注瞭很多前沿課題,講解非常有新意。無疑,對於理論物理領域的研究人員和學生來說,本書都是不可多得的佳作。
內容簡介
《現代量子場論簡引(英文影印版)》是關於量子場論的專著,書中涵蓋瞭很多其他同類書中沒有或一筆帶過的專題。本書側重路徑積分方法和威爾遜的重整化理論。對於誇剋禁閉、手徵對稱性破缺的其他書中一般不做詳細討論的專題也做瞭詳細介紹。本書還討論瞭場論與凝聚態物質物理的聯係以及非微擾半經典方法。
本書適閤粒子物理、高能物理、凝聚態物質物理等領域的研究生和研究者閱讀。
作者簡介
(美)班剋斯(T.Banks),美國加州大學聖剋魯茲分校教授。
目錄
1 Introduction page 1
1.1 Preface and conventions 1
1.2 Why quantum field theory? 3
2 Quantum theory of free scalar fields 8
2.1 Local fields 10
2.2 Problems for Chapter 2 13
3 Interacting field theory 17
3.1 Schwinger.Dyson equations and functional integrals 17
3.2 Functional integral solution of the SD equations 20
3.3 Perturbation theory 24
3.4 Connected and 1-P(article) I(rreducible) Green functions 26
3.5 Legendre乫s trees 28
3.6 The Kallen.Lehmann spectral representation 30
3.7 The scattering matrix and the LSZ formula 32
3.8 Problems for Chapter 3 36
4 Particles of spin 1, and gauge invariance 38
4.1 Massive spinning particles 38
4.2 Massless particles with helicity 39
4.3 Field theory for massive spin-1 particles 40
4.4 Problems for Chapter 4 43
5 Spin-12
particles and Fermi statistics 44
5.1 Dirac, Majorana, and Weyl fields: discrete symmetries 49
5.2 The functional formalism for fermion fields 56
5.3 Feynman rules for Dirac fermions 58
5.4 Problems for Chapter 5 59
6 Massive quantum electrodynamics 62
6.1 Free the longitudinal gauge bosons! 64
6.2 Heavy-fermion production in electron.positron annihilation 65
6.3 Interaction with heavy fermions: particle paths and
external fields 68
6.4 The magnetic moment of a weakly coupled charged particle 69
6.5 Problems for Chapter 6 74
7 Symmetries, Ward identities, and Nambu.Goldstone bosons 76
7.1 Space-time symmetries 78
7.2 Spontaneously broken symmetries 81
7.3 Nambu.Goldstone bosons in the semi-classical expansion 84
7.4 Low-energy effective field theory of Nambu.Goldstone bosons 85
7.5 Problems for Chapter 7 89
8 Non-abelian gauge theory 93
8.1 The non-abelian Higgs phenomenon 96
8.2 BRST symmetry 97
8.3 A brief history of the physics of non-abelian gauge theory 99
8.4 The Higgs model, duality, and the phases of gauge theory 101
8.5 Confinement of monopoles in the Higgs phase 103
8.6 The electro-weak sector of the standard model 113
8.7 Symmetries and symmetry breaking in the strong interactions 116
8.8 Anomalies 118
8.9 Quantization of gauge theories in the Higgs phase 130
8.10 Problems for Chapter 8 132
9 Renormalization and effective field theory 137
9.1 Divergences in Feynman graphs 139
9.2 Cut-offs 142
9.3 Renormalization and critical phenomena 145
9.4 The renormalization (semi-)group in field theory 148
9.5 Mathematical (Lorentz-invariant, unitary) quantum field theory 154
9.6 Renormalization of 冇4 field theory 156
9.7 Renormalization-group equations in dimensional regularization 161
9.8 Renormalization of QED at one loop 164
9.9 Renormalization-group equations in QED 173
9.10 Why is QED IR-free? 178
9.11 Coupling renormalization in non-abelian gauge theory 181
9.12 Renormalization-group equations for masses and the hierarchy
problem 188
9.13 Renormalization-group equations for the S-matrix 191
9.14 Renormalization and symmetry 193
9.15 The standard model through the lens of renormalization 201
9.16 Problems for Chapter 9 203
10 Instantons and solitons 206
10.1 The most probable escape path 206
10.2 Instantons in quantum mechanics 207
10.3 Instantons and solitons in field theory 213
10.4 Instantons in the two-dimensional Higgs model 216
10.5 Monopole instantons in three-dimensional Higgs models 221
10.6 Yang.Mills instantons 226
10.7 Solitons 232
10.8 't Hooft.Polyakov monopoles 236
10.9 Problems for Chapter 10 239
11 Concluding remarks 242
Appendix A Books 245
Appendix B Cross sections 247
Appendix C Diracology 248
Appendix D Feynman rules 251
Appendix E Group theory and Lie algebras 256
Appendix F Everything else 260
References 262
Author index 268
Subject index 269
前言/序言
好的,這裏是為您量身定製的一份圖書簡介,字數約1500字,聚焦於理論物理學和數學領域中,與量子場論的背景知識和相關概念相呼應,但又不直接提及您提供的特定書籍名稱。 --- 理論物理前沿:從經典場到量子時空 探索自然界最深層規律的數學構建與物理圖景 導言:現代物理學的基石 在人類探索宇宙奧秘的徵程中,物理學始終扮演著核心角色。從牛頓的宏大定律到愛因斯坦的時空革命,我們對物質和能量的理解經曆瞭數次顛覆性的飛躍。進入20世紀,隨著微觀世界的揭示,經典物理學的框架逐漸顯露齣其局限性,尤其是在描述亞原子粒子及其相互作用時。由此誕生的量子力學和相對論的結閤——量子場論——成為瞭理解基本粒子、電磁力、強核力與弱核力等基本相互作用的基石。 然而,要真正深入理解量子場論的精妙之處,必須先構建起堅實的數學和物理基礎。本書旨在填補這一知識空白,為有誌於探索現代物理學前沿的讀者,提供一個從宏觀到微觀、從經典到量子的係統性、嚴謹的知識鋪陳。我們不直接探討量子場論的具體構造,而是著力於構建理解該理論所必需的、更為基礎和普適的數學工具箱與物理直覺。 第一部分:數學的嚴謹性——經典場論的幾何與分析基礎 現代物理學的錶述方式已經徹底地轉嚮瞭場論的語言,這要求我們掌握處理無窮自由度係統的數學工具。本書的開篇,將聚焦於經典場論的嚴謹數學結構,這是邁嚮量子化前不可或缺的一步。 我們首先迴顧變分原理在物理學中的核心地位。拉格朗日力學與哈密頓力學不僅僅是牛頓力學的替代錶述,它們更深刻地揭示瞭自然界運作的對稱性與守恒律之間的內在聯係——即諾特定理的普適性。在此基礎上,我們將詳細探討經典場的拉格朗日密度形式,分析如何利用最小作用量原理推導齣場的運動方程,例如經典的麥剋斯韋方程組。 隨後,本書將引入微分幾何的基礎概念,這是現代物理學語言的骨架。我們將詳細介紹流形(Manifolds)、切空間(Tangent Spaces)、張量(Tensors)的概念,並闡述它們如何成為描述時空幾何和物理場的自然語言。對李群(Lie Groups)和縴維叢(Fiber Bundles)的初步介紹,將為讀者理解規範理論(Gauge Theory)的內在對稱性結構打下基礎。這些概念不僅是描述引力的關鍵,也是理解粒子物理學中對稱性的核心。 第二部分:時空的結構——狹義相對論的深化與推廣 狹義相對論的建立標誌著我們對時空觀念的革命性認識。本書將深入解析閔可夫斯基時空的結構,強調洛倫茲群(Lorentz Group)的代數性質,以及它如何支配所有無質量和有質量粒子的運動。 我們不滿足於僅停留在洛倫茲變換的錶象層麵,而是深入探討其背後的協變性(Covariance)原理。通過張量分析,我們將重構電磁場張量,並以一種完全符閤狹義相對論的方式來錶達麥剋斯韋方程組。這種協變性的視角,是後續構建任何自洽的相對論性物理理論的先決條件。 此外,我們將分析因果結構在相對論中的重要性。光錐的幾何意義,以及它如何定義瞭事件之間的“可影響性”邊界,是理解信息傳播和相互作用傳遞的關鍵。這些基礎概念直接預示瞭在量子場論中,我們必須麵對的因果律和局域性(Locality)的嚴格要求。 第三部分:從粒子到場——量子力學到量子統計的橋梁 經典物理與量子物理之間的鴻溝,需要通過量子力學的框架來彌閤。本書的這一部分將著重於連接單粒子量子力學與多粒子係統的描述。 我們將從薛定諤方程齣發,逐步過渡到描述粒子數可能發生變化的係統。重點將放在二次量子化(Second Quantization)的數學思想上,而非直接進行費曼圖計算。我們將詳細解析産生算符(Creation Operators)和湮滅算符(Annihilation Operators)的概念,它們如何作用於Fock空間,從而自然地容納瞭玻色子和費米子的統計特性。 對玻色-愛因斯坦統計和費米-狄拉剋統計的深入比較與探討,將使讀者對粒子的本質區彆(自鏇統計定理的暗示)有更清晰的認識。理解Fock空間和量子算符的代數結構,是理解如何將經典場“提升”到量子場的關鍵認知步驟。 第四部分:統計物理的視角——相變、漲落與漲謬 雖然量子場論的核心在於微觀相互作用,但其宏觀錶現(如統計物理中的相變)也與其深層結構息息相關。本部分將探索熱力學極限和統計漲落的概念。 我們將探討配分函數(Partition Function)在統計力學中的核心地位,並分析其與關聯函數(Correlation Functions)在量子理論中的深刻聯係。通過對經典統計係統中的漲落現象的分析,讀者可以更好地理解在量子世界中,場如何錶現齣固有的量子漲落。對漲謬(Fluctuations)的處理,是經典理論轉嚮量子理論時必須麵對的挑戰。 結語:通往前沿的階梯 本書提供的,是一個嚴謹且結構清晰的知識體係,它集中於現代理論物理學賴以建立的數學工具、時空幾何以及多粒子係統的量化框架。通過對經典場論的幾何化處理、對狹義相對論的深刻理解,以及對量子統計描述的數學工具的掌握,讀者將為深入研習量子場論——無論是其構造、重整化方法,還是其在粒子物理或凝聚態物理中的應用——做好最充分的準備。 本書的價值不在於直接提供最終的理論結論,而在於精心鋪設通往這些結論的每一級颱階,確保讀者在攀登理論物理高峰時,腳下每一步都堅實有力。