原子物理學/牛津大學研究生教材係列 [Atomic Physics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[英] 富特（C.J.Foot） 編

圖書標籤:

• 原子物理學
• 物理學
• 量子力學
• 原子結構
• 光譜學
• 牛津大學齣版社
• 研究生教材
• 高等教育
• 科學
• 物理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030236210

版次：1

商品編碼：12179394

包裝：平裝

叢書名： 牛津大學研究生教材係列

外文名稱：Atomic Physics

開本：16開

齣版時間：2009-01-01

用紙：膠版紙

頁數：331

字數：418000

正文語種：英文

內容簡介

　　《原子物理學/牛津大學研究生教材係列》是為高年級本科生“高等原子物理”課撰寫的教材，《原子物理學/牛津大學研究生教材係列》前幾章介紹瞭原子物理的基本理論，可以使初次接觸本領域的本科生建立基礎，從而幫助他們理解書中內容。《原子物理學/牛津大學研究生教材係列》介紹瞭新的研究進展及其在玻色-愛因斯坦凝聚物質波乾涉和利用捕陷離子進行量子計算方麵的應用。通常的教科書僅強調原子結構的量子解釋，《原子物理學/牛津大學研究生教材係列》作為補充則重點強調瞭理論的實驗基礎，最後幾章尤其如此。《原子物理學/牛津大學研究生教材係列》包括大量習題，可供教學使用。

內頁插圖

目錄

1 早期原子物理學
1．1 導引
1．2 氫原子光譜
1．3 Bohr理論
1．4 相對論效應
1．5 Moseley和原子數
1．6 輻射衰變
1．7 愛因斯坦A係數和B係數
1．8 Zeeman效應
1．8．1 Zeeman效應的實驗觀察
1．9 原子單位總結
習題
2 氫原子
2．1 Schrodinger方程
2．1．1 角嚮方程的解
2．1．2 徑嚮方程的解
2．2 躍遷
2．2．1 選擇定則
2．2．2 對■的積分
2．2．3 宇稱
2．3 精細結構
2．3．1 電子的自鏇
2．3．2 自鏇一軌道相互作用
2．3．3 氫原子的精細結構
2．3．4 Larab位移
2．3．5 精細能級之間的躍遷
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習題
3 氦原子
3．1 氦原子的基態
3．2 氦原子的激發態
3．2．1 自鏇本徵態
3．2．2 氦原子中的躍遷
3．3 氦原子中的積分估計
3．3．1 基態
3．3．2 激發態：直接積分
3．3．3 激發態：交換積分
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習題
4 堿金屬
4．1 殼層結構和周期錶
4．2 量子數虧損
4．3 中心場近似
4．4 Schr6dinger方程的數值解
4．4．1 自洽解
4．5 自鏇-軌道相互作用：量子方法
4．6 堿金屬的精細結構
4．6．1 精細結構躍遷的相對強度
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習題
5 L-S耦閤方式
5．1 LS耦閤方式的精細結構
5．2 ■偶閤方式
5．3 居問耦閤：不同耦閤方式之間的躍遷
5．4 L-S耦閤方式的選擇定則
5．5 Zeeman效應
5．6 小結
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習題
6 超精細結構和同位素移位
6．1 超精細結構
6．1．1 s電子的超精細結構
6．1．2 氫微波激射器
6．1．3 z≠0時的超精細結構
6．1．4 超精細結構與精細結構的比較
6．2 同位素移位
6．2．1 質量效應
6．2．2 體積移位
6．2．3 原子揭示的原子核信息
6．3 Zeeman效應和超精細結構
6．3．1 弱場下的Zeeman效應■BA
6．3．3 中間部分的場力
6．4 超精細結構的測量
6．4．1 原子束技術
6．4．2 原子鍾
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習題
7 原子與輻射的相互作用
7．1 方程的建立
7．1．1 振蕩電場的擾動
7．1．2 鏇波近似
7．2 愛因斯坦B係數
7．3 與單色輻射的相互作用
7．3．1 π脈衝與π／2脈衝
7．3．2 Bloch矢量和Bloch球麵
7．4 Ramsey條紋
7．5 輻射阻尼
7．5．1 經典偶極輻射阻尼
7．5．2 光Bloch球麵
7．6 光吸收截麵
7．6．1 純輻射展寬截麵
7．6．2 飽和強度
7．6．3 功率展寬
7．7 交流Stark效應／光頻移
7．8 半經典理論注解
7．9 結論
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習題
8 無Doppler激光光譜
8．1 譜綫的Doppler展寬
8．2 交叉束技術
8．3 飽和吸收光譜
8．3．1 飽和吸收光譜的原理
8．3．2 飽和吸收光譜的穿越共振
8．4 雙光子光譜
8．5 激光光譜的校準
8．5．1 相對頻率的校準
8．5．2 絕對校準
8．5．3 光頻梳
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習題
9 原子冷卻與捕陷
9．1 散射力
9．2 減慢原子束
9．2．1 啁啾冷卻
9．3 光學黏膠技術
9．3．1 Doppler冷卻的極限
9．4 磁光阱
9．5 偶極力導論
9．6 偶極力理論
9．6．1 光學晶格
9．7 SisyphtJs冷卻技術
9．7．1 概論
9．7．2 Sisyphus冷卻
9．7．3 Sisyphus冷卻機製的極限
9．8 Raman躍遷
9．8．1 Raman躍遷的速度選擇
9．8．2 Raman冷卻
9．9 原子噴泉
9．1 0 總結
習題
10 磁捕陷、蒸發冷卻和Bose-Einstein凝聚
10．1 磁捕陷的原理
10．2 磁捕陷
10．2．1 徑嚮約束
10．2．2 軸嚮約束
10．3 蒸發冷卻
10．4 Bose-Einstein凝聚
10．5 捕陷原子蒸氣中的Bose-Einstein凝聚
10．5．1 散射長度
10．6 一種Bose-Einstein凝聚體
10．7 Bose凝聚氣體的性質
10．7．1 聲速
10．7．2 消退長度
10．7．3 Bose-Einstein凝聚的相乾性
10．7．4 原子激光
10．8 總結
習題
11 原子乾涉
11．1 楊氏雙縫實驗
11．2 原子的衍射光柵
11．3 三光柵乾涉儀
11．4 鏇轉的測量
11．5 光對原子的衍射
11．5．1 Raman躍遷乾涉測量技術
11．6 總結
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習題
12 離子阱
12．1 電場中離子的受力
12．2 Earnshaw定理
12．3 Paul阱
12．3．1 鏇轉馬鞍上小球的平衡
12．3．2 交流場中的有效勢
12．3．3 綫性Paul阱
12．4 緩衝氣冷卻
12．5 激光冷卻捕陷離子
12．6 量子跳躍
12．7 Penning阱和Paul阱
12．7．1 Penning阱
12．7．2 離子的質譜
12．7．3 電子的反常磁矩
12．8 電子束離子阱
12．9 解析側帶冷卻
12．1 0 離子阱總結
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習題
13 量子計算
13．1 量子比特及其性質
13．1．1 糾纏
13．2 量子邏輯門
13．2．1 設計CNOT門
13．3 量子並行算法
13．4 量子計算機綜述
13．5 退相乾和量子糾錯
13．6 總結
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習題
附錄A 微擾理論
A．1 微擾理論的數學
A．2 相近頻率經典振子的相互作用
附錄B 靜電能的計算
附錄C 磁偶極躍遷
附錄D 飽和吸收的綫形
附錄．E Raman躍遷和雙光子躍遷
E．1 Raman躍遷
E．2 雙光子躍遷
附錄F Bose-Einstein凝聚有關統計力學知識
F．1 光子的統計力學
F．2 Bose-Einstein凝聚
F．2．1 諧振阱中的Bose-Einstein凝聚
參考文獻
索引

前言/序言

　　This book is primarily intended to accompany an undergraduate coursein atomic physics. It covers the core material and a selection of moreadvanced topics that illustrate current research in this field. The firstsix chapters describe the basic principles of atomic structure， startingin Chapter 1 with a review of the classical ideas. Inevitably the dis-cussion of the structure of hydrogen and helium in these early chaptershas considerable overlap with introductory quantum mechanics courses，but an understanding of these simple systems provides the basis for thetreatment of more complex atoms in later chapters. Chapter 7 on theinteraction of radiation with atoms marks the transition between theearlier chapters on structure and the second half of the book which cov-ers laser spectroscopy， laser cooling， Bose-Einstein condensation of di-lute atomic vapours， matter-wave interferometry and ion trapping. Theexciting new developments in laser cooling and trapping of atoms andBose-Einstein condensation led to Nobel prizes in 1997 and 2001， respec-tively. Some of the other selected topics show the incredible precisionthat has been achieved by measurements in atomic physics experiments.This theme is taken up in the final chapter that looks at quantum infor-mation processing from an atomic physics perspective; the techniquesdeveloped for precision measurements on atoms and ions give exquisitecontrol over these quantum systems and enable elegant new ideas fromquantum computation to be implemented.
　　The book assumes a knowledge of quantum mechanics equivalent to anintroductory university course， e.g. the solution of the SchrSdinger equa-tion in three dimensions and perturbation theory. This initial knowledgewill be reinforced by many examples in this book; topics generally re-garded as difficult at the undergraduate level are explained in some de-tail， e.g. degenerate perturbation theory. The hierarchical structure ofatoms is well described by perturbation theory since the different layersof structure within atoms have considerably different energies associatedwith them， and this is reflected in the names of the gross， fine and hyper-fine structures. In the early chapters of this book， atomic physics mayappear to be simply applied quantum mechanics， i.e. we write down theHamiltonian for a given interaction and solve the SchrSdinger equationwith suitable approximations. I hope that the study of the more ad-vanced material in the later chapters will lead to a more mature anddeeper understanding of atomic physics. Throughout this book the ex-perimental basis of atomic physics is emphasised and it is hoped that the reader will gain some factual knowledge of atomic spectra.

光學：物理學基本原理與現代應用 這是一本麵嚮高等教育和研究的力學教材，係統地闡述瞭經典力學的核心概念，並深入探討瞭其在現代物理學及相關領域的廣泛應用。教材從牛頓力學的基礎齣發，循序漸進地介紹瞭各種高級主題，旨在為讀者構建堅實的理論框架，並培養解決復雜物理問題的能力。 核心內容概述： 本書共分為十七章，內容涵蓋瞭從基礎的運動學和動力學到高級的拉格朗日和哈密頓力學，以及振動、波動、剛體動力學、流體靜力學、相對論力學和混沌動力學等重要領域。 第一章 質點運動學： 引入描述運動的基本概念，包括位移、速度和加速度。討論直綫運動、拋體運動和圓周運動，並介紹矢量在描述運動中的作用。 第二章 質點動力學： 深入牛頓運動定律，闡述力、質量和加速度之間的關係。講解常見的力，如重力、彈力和摩擦力，並應用牛頓定律解決各種動力學問題。 第三章 功和能： 引入功、動能和勢能的概念。講解機械能守恒定律，並探討保守力和非保守力對能量的影響。 第四章 動量和碰撞： 定義動量和衝量，並探討動量守恒定律。分析彈性碰撞和非彈性碰撞，為理解多體係統和粒子相互作用打下基礎。 第五章 剛體運動學： 將力學概念擴展到剛體。介紹轉動慣量、角速度、角加速度和力矩，並描述剛體的平動和轉動。 第六章 剛體動力學： 應用牛頓第二定律處理剛體轉動。講解角動量守恒定律，並分析復雜剛體的動力學行為。 第七章 振動： 深入研究簡諧振動，包括彈簧振子和單擺。討論阻尼振動和受迫振動，以及共振現象，這對理解波動現象至關重要。 第八章 波動： 介紹波的基本特性，如波長、頻率和波速。討論橫波和縱波，以及波的疊加和乾涉。 第九章 流體靜力學： 關注靜止流體的性質。介紹壓強、浮力和帕斯卡原理，並探討液體和氣體的密度和可壓縮性。 第十章 流體動力學： 研究運動流體的行為。引入伯努利方程和連續性方程，並分析粘滯性和湍流等復雜流體現象。 十一章 非慣性參考係： 探討在加速參考係中觀察運動的效應。引入科裏奧利力和離心力，解釋它們在地球自轉等現象中的作用。 十二章 中心力場： 深入研究引力等中心力場中的運動。分析行星軌道和散射問題，並引入開普勒定律。 十三章 拉格朗日力學： 引入更抽象但強大的錶述方法。基於拉格朗日量，推導歐拉-拉格朗日方程，為解決復雜係統提供瞭一種統一框架。 十四章 哈密頓力學： 進一步發展力學的形式主義。基於哈密頓量，推導齣哈密頓方程，並介紹相空間的概念，這對理解統計力學和量子力學至關重要。 十五章 相對論力學： 介紹狹義相對論對經典力學的修正。討論洛倫茲變換、質能等價和相對論動量與能量，為理解高速運動物體和粒子物理奠定基礎。 十六章 混沌動力學： 探討非綫性動力學係統中的復雜行為。介紹蝴蝶效應、吸引子和分岔等概念，揭示簡單規則可能産生的復雜和不可預測的現象。 十七章 振動和波的進一步討論： 迴顧和深化前述振動和波的概念，可能包括更復雜的波方程、耦閤振動模式或特殊介質中的波動傳播。 教材特色： 嚴謹的數學推導： 教材注重數學的嚴謹性，提供清晰、詳細的推導過程，幫助讀者理解概念背後的數學原理。 豐富的例題和習題： 每章都配有大量的例題，涵蓋瞭不同難度和類型的物理問題，以及形式多樣的習題，供讀者鞏固和檢驗學習成果。 清晰的邏輯結構： 內容組織條理清晰，從基礎概念逐步深入到高級主題，形成一個連貫的學習路徑。 理論與應用的結閤： 在講解理論的同時，也關注其在天體物理、工程學、材料科學等領域的實際應用，幫助讀者認識力學理論的現實意義。 麵嚮研究生水平： 教材的深度和廣度適閤高等院校物理、工程及相關專業的研究生使用，也能為高年級本科生提供深入學習的平颱。 本書價值： 本書不僅為學習者提供瞭紮實的經典力學知識體係，更重要的是，它為理解更高級的物理理論，如量子力學、統計力學和廣義相對論，打下瞭堅實的基礎。通過對力學原理的深入剖析，讀者將能更深刻地理解自然界的運行規律，並具備運用這些原理分析和解決復雜物理問題的能力，為未來的學術研究或職業生涯做好充分準備。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感受，更像是一次穿越物理學曆史長河的奇妙旅行。從最初對原子的樸素想象，到海森堡不確定性原理帶來的顛覆，再到薛定諤方程描繪的原子狀態，每一個章節都像是在揭開曆史的麵紗，展現著科學傢們是如何一步步攻剋難題，建立起我們今天所理解的原子模型。作者的敘述方式非常獨特，他善於引用經典文獻和曆史故事，讓原本抽象的理論變得更加生動具體。我尤其喜歡其中關於原子光譜的章節，作者不僅僅羅列瞭各種光譜綫的規律，更是詳細講解瞭這些規律是如何被發現的，以及它們是如何成為後來量子理論發展的關鍵證據。這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，極大地激發瞭我深入探究的興趣。書中還涉及到瞭許多現代原子物理的前沿話題，例如激光冷卻、原子鍾等，這些內容讓我看到瞭理論的實際應用，以及物理學在不斷發展和進步。總而言之，這本書不僅僅是一本教材，更是一部關於原子物理學發展史的生動寫照，讓我得以在學習理論的同時，也領略到科學探索的魅力。

評分☆☆☆☆☆

一本如此厚重的著作擺在麵前，著實令人心生敬畏。翻開第一頁，就被那嚴謹而富有條理的邏輯深深吸引。盡管是牛津大學的研究生教材係列，其編寫風格卻並未讓人感到晦澀難懂，而是循序漸進，將原子世界的奧秘層層剝開。作者在講解基本概念時，總是不厭其煩地從最基礎的物理原理齣發，再逐步引入量子力學的框架。這對於我這樣背景並非極其深厚的讀者來說，無疑是巨大的福音。書中對原子結構、能級躍遷、光譜學等核心內容的闡述，不僅準確，而且充滿瞭啓發性。例如，在討論原子的角動量時，作者並非簡單地給齣公式，而是通過對玻爾模型的巧妙迴顧，再聯係到更普遍的量子力學描述，讓我對這一概念有瞭更深刻的理解。此外，書中穿插的許多曆史發展脈絡和重要實驗的介紹，也為枯燥的理論增添瞭幾分趣味和人文色彩。閱讀過程中，我常常會停下來，迴味作者是如何將復雜的概念化繁為簡，又如何在看似簡單的描述中蘊含著深邃的物理洞察。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，帶領我深入探索原子世界的壯麗景觀，讓我對物理學的嚴謹與美妙有瞭更深的體會。

評分☆☆☆☆☆

讀罷此書，我腦海中浮現齣的，不再是那些孤立的物理概念，而是一個宏大而精妙的原子世界圖景。它像一部精心編織的交響樂，每一個音符——無論是電子、質子、中子，還是它們之間的相互作用——都和諧地組閤在一起，演奏齣原子世界特有的樂章。作者的敘述方式，充滿瞭哲學性的思辨，引導讀者去思考“存在”的本質，去探究微觀粒子的運動規律。例如，在討論原子核的穩定性時，作者不僅僅是給齣瞭核力的數學描述，更是深入探討瞭強相互作用和弱相互作用在維持原子核結構中的作用，以及能量的守恒和傳遞。這種從宏觀到微觀，從現象到本質的層層遞進，讓我對物理學的整體性有瞭更深刻的認識。書中還引入瞭一些非經典物理學的概念，例如相對論效應在原子能級中的體現，這使得原子物理學不再僅僅局限於經典量子力學的範疇，而是展現齣更加廣闊的視野。這本書讓我明白，原子物理學不僅僅是關於一些基本粒子的研究，更是關於宇宙最基本構成單位的深刻理解。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個長期在實驗一綫工作的研究者來說，這本書的價值體現在其無與倫比的嚴謹性和理論深度。它並非一本“速成”的讀物，而是需要投入大量時間和精力去細細品味。作者在推導每一個公式、闡述每一個概念時，都力求做到滴水不漏，邏輯嚴密。這對於我們理解實驗結果的理論依據，以及設計新的實驗方案都至關重要。書中對於一些關鍵實驗的理論解釋，以及對實驗誤差的分析，都非常到位。例如，在討論電子衍射實驗時，作者不僅給齣瞭完整的德布羅意波的推導過程，還詳細分析瞭實驗中可能遇到的各種乾擾因素，以及如何通過理論模型來修正實驗結果。這種將理論與實驗緊密結閤的風格，對於我這樣需要將理論知識應用於實際的讀者來說，是彌足珍貴的。此外，書中還提供瞭大量參考文獻，方便讀者進一步深入研究。雖然閱讀過程不免需要反復查閱資料和思考，但每一次的豁然開朗，都讓我感到付齣的努力是值得的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，在於它為我打開瞭一扇通往更深層次物理學理解的大門。它不僅僅是關於原子的知識的堆砌，更是關於一種思維方式的培養。作者在講解過程中，始終強調物理學的普適性，以及不同理論之間的內在聯係。我注意到，書中在介紹原子光譜時，不僅僅是聚焦於氫原子，而是將其推廣到更復雜的原子體係，並且聯係到瞭分子光譜和凝聚態物理中的一些現象。這種“舉一反三”的講解方式，讓我深刻體會到，掌握瞭基本的原理，就能夠理解更廣泛的物理現象。書中對一些數學工具的應用，也講解得非常清晰，盡管有些推導過程需要耐心，但最終的收益是巨大的。它讓我能夠更自信地去理解和應用那些復雜的數學公式，從而更深入地探索物理學的奧秘。這本書就像一個寶藏，每一次的閱讀，都能發掘齣新的驚喜，讓我對物理學這個學科，有瞭更深的熱愛和敬畏。