现代粒子物理学导论

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作者: (巴基)法耶兹丁(Fayyazuddin)，(巴基)里亚兹丁(Riazuddin)著
出版社: 北京大学出版社
ISBN: 9787301251744

出版时间: 2012-12
装帧: 平装
开本: 16开

作者: (巴基)法耶兹丁(Fayyazuddin)，(巴基)里亚兹丁(Riazuddin)著
出版社: 北京大学出版社

ISBN: 9787301251744
出版时间: 2012-12

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目录
Preface vii
1. Introduction 1
1.1 Fundamental Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 The Gravitational Force . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 The Weak Nuclear Force . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 The Electromagnetic Force . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.4 The Strong Nuclear Force . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Relative Strength of Four Fundamental Forces . . . . . . 4
1.3 Range of the Three Basic Forces . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Classi_cation of Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Strong Color Charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6 Fundamental Role of \Charges" in the Uni_cation of Forces 10
1.7 Strong Quark-Quark Force . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.8 Grand Uni_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.9 Units and Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.10 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2. Scattering and Particle Interaction 23
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Kinematics of a Scattering Process . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Interaction Picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.4 Scattering Matrix (S-Matrix) . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5 Phase Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.6 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.1 Two-body Scattering . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6.2 Three-body Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.7 Electromagnetic Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.8 Weak Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.9 Hadronic Cross-section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.10 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3. Space-Time Symmetries 59
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.1.1 Rotation and SO(3) Group . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.2 Translation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.3 Lorentz Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Invariance Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1 U Continuous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.2 U is Discrete (e.g. Space Reection) . . . . . . . . 66
3.3 Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4 Intrinsic Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.1 Intrinsic Parity of Pion . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.5 Parity Constraints on S-Matrix for Hadronic Reactions . . 71
3.5.1 Scattering of Spin 0 Particles on Spin 1
2 Particles 71
3.5.2 Decay of a Spin 0+ Particle into Three Spinless
Particles Each Having Odd Parity . . . . . . . . . 72
3.6 Time Reversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.6.1 Unitarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.6.2 Reciprocity Relation . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.7 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.7.1 Detailed Balance Principle . . . . . . . . . . . . . 76
3.8 Unitarity Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.8.1 Two-Particle Partial Wave Unitarity . . . . . . . . 79
3.9 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4. Internal Symmetries 91
4.1 Selection Rules and Globally Conserved Quantum Numbers 91
4.2 Isospin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.2.1 Electromagnetic Interaction and Isospin . . . . . . 100
4.2.2 Weak Interaction and Isospin . . . . . . . . . . . . 101
4.3 Resonance Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.3.1 _-resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.3.2 Spin of _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4 Charge Conjugation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.5 G-Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5. Unitary Groups and SU(3) 119
5.1 Unitary Groups and SU(3) . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.2 Particle Representations in Flavor SU(3) . . . . . . . . . . 124
5.2.1 Mesons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.2.2 Baryons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.3 U-Spin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.4 Irreducible Representations of SU(3) . . . . . . . . . . . . 134
5.4.1 Youngs Tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.5 SU(N) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.6 Applications of Flavor SU(3) . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.6.1 SU(3) Invariant BBP Couplings . . . . . . . . . . 145
5.6.2 VPP Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7 Mass Splitting in Flavor SU(3) . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.8 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
6. SU(6) and Quark Model 159
6.1 SU(6) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.1 SU(6) Wave Function for Mesons . . . . . . . . . 160
6.2 Magnetic Moments of Baryons . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.3 Radiative Decays of Vector Mesons . . . . . . . . . . . . . 170
6.4 Radiative Decays (Complementary Derivation) . . . . . . 176
6.4.1 Mesonic Radiative Decays V = P + . . . . . . . 176
6.4.2 Baryonic Radiative Decay . . . . . . . . . . . . . 177
6.5 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7. Color, Gauge Principle and Quantum Chromodynamics 181
7.1 Evidence for Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.2 Gauge Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.1 Aharanov and Bohm Experiment . . . . . . . . . 186
7.2.2 Gauge Principle for Relativistic Quantum Mechanics 188
7.3 Non-Abelion Local Gauge Transformations (Yang-Mills) . 190
7.4 Quantum Chromodynamics (QCD) . . . . . . . . . . . . . 194
7.4.1 Conserved Current . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
7.4.2 Experimental Determinations of _s(q2) and
Asymptotic Freedom of QCD . . . . . . . . . . . . 199
7.5 Hadron Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.5.1 One Gluon Exchange Potential . . . . . . . . . . . 202
7.5.2 Long Range QCD Motivated Potential . . . . . . 205
7.5.3 Spin-Spin Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.6 The Mass Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.6.1 Meson Mass Relations . . . . . . . . . . . . . . . . 211
7.6.2 Baryon Mass Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . 213
7.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
7.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8. Heavy Flavors 221
8.1 Discovery of Charm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
8.1.1 Isospin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.1.2 SU(3) Classi_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.2 Charm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.2.1 Heavy Mesons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.2.2 The Fifth Quark Flavor: Bottom Mesons . . . . . 228
8.2.3 The Sixth Quark Flavor: The Top . . . . . . . . . 228
8.3 Strong and Radiative Decays of D_ Mesons . . . . . . . . 229
8.4 Heavy Baryons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8.5 Quarkonium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.6 Leptonic Decay Width of Quarkonium . . . . . . . . . . . 237
8.7 Hadronic Decay Width . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
8.8 Non-Relativistic Treatment of Quarkonium . . . . . . . . 240
8.9 Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8.10 Tetraquark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
8.11 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
8.12 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9. Heavy Quark E_ective Theory 255
9.1 E_ective Lagrangian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.2 Spin Symmetry of Heavy Quark . . . . . . . . . . . . . . . 259
9.3 Mass Spectroscopy for Hadrons with One Heavy Quark . 264
9.4 The P-wave Heavy Mesons: Mass Spectroscopy . . . . . . 269
9.5 Decays of P-wave Mesons . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
9.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
9.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
10. Weak Interaction 279
10.1 V ?? A Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
10.1.1 Helicity of the Neutrino . . . . . . . . . . . . . . . 281
10.2 Classi_cation of Weak Processes . . . . . . . . . . . . . . 281
10.2.1 Purely Leptonic Processes . . . . . . . . . . . . . 281
10.2.2 Semileptonic Processes . . . . . . . . . . . . . . . 283
10.2.3 Non-Leptonic Processes . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.2.4 _-Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
10.2.5 Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
10.2.6 Semi-Leptonic Processes . . . . . . . . . . . . . . 291
10.3 Baryon Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
10.4 Pseudoscalar Meson Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
10.4.1 Pion Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
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