01 / 导读
导读
引用
Griffiths, D. (2008). Introduction to Elementary Particles (2nd, rev. ed.). Wiley-VCH.
章节概要
全书包括导言、十二章和四个附录（狄拉克δ函数、衰变率与截面、泡利矩阵与狄拉克矩阵、树图级费曼规则），约470页。出版社介绍的布局是：先有一个历史性的第一章，随后对标准模型作定量的阐述，书中有例题和大量章末习题。
第1章：基本粒子的历史性导论
共十一节，从经典时代（1897–1932年）出发，经过光子、介子、反粒子、中微子和奇异粒子，一直到八重法、夸克模型、1974年的“十一月革命”、中间矢量玻色子和标准模型。公开的样章称自己是一部“民间史”（folk history），建议把它当作全书其余部分的背景快速读过。
第2章：基本粒子动力学
对四种力、量子电动力学、量子色动力学和弱相互作用（中性与带电）作定性的概览，其后是衰变与守恒律以及关于统一方案的一节。它提供了后面计算性章节将要精确化的基本词汇。
第3章：相对论运动学
洛伦兹变换、四矢量、能量与动量、经典与相对论碰撞，以例子和应用结束。
第4章：对称性
对称性、群与守恒律；角动量（包括角动量的合成与自旋）；味对称性；以及离散对称性：宇称、电荷共轭、CP（中性K介子与CP破坏）、时间反演与TCP定理。
第5章：束缚态
从薛定谔方程出发，处理氢原子（精细结构、兰姆位移、超精细分裂）、正电子素、夸克偶素（粲偶素、底偶素）、轻夸克介子和重子，其中重子部分包括波函数、磁矩与质量。
第6章：费曼演算
衰变率与截面，衰变与散射的黄金规则，以及可用来练习计算技巧的“玩具理论”的费曼规则，直到高阶图。
第7章：量子电动力学
狄拉克方程及其解、双线性协变量、光子、QED的费曼规则、例子、卡西米尔技巧、截面与寿命，以及重整化。
第8章：夸克的电动力学与色动力学
e⁺e⁻碰撞中的强子产生、电子–质子弹性散射、色动力学的费曼规则、色因子、QCD中的对湮灭，以及渐近自由。
第9章：弱相互作用
带电轻子的弱相互作用、μ子、中子和π介子的衰变、夸克的带电弱相互作用、中性弱相互作用，以及电弱统一（手征费米子态、弱同位旋与超荷、电弱混合）。
第10章：规范理论
从经典力学的拉格朗日表述到相对论性场论，再到局域规范不变性、杨–米尔斯理论、色动力学、质量项、自发对称性破缺和希格斯机制。
第11–12章：中微子振荡；后记：下一步是什么？
出版社称，关于中微子振荡以及标准模型之外物理前景的章节是第二版新增的。第11章讨论太阳中微子问题、振荡、其证实、中微子质量和混合矩阵。第12章展望希格斯玻色子、大统一、物质–反物质不对称、超对称、弦与额外维度，以及暗物质与暗能量。
核心概念
第1–2章：历史性导论；基本粒子动力学
- 夸克模型与八重法：第1章所通向的强子分类。
- 四种力：第2章概览的电磁、强、弱和引力相互作用。
- 衰变中的守恒律：限制哪些衰变可以发生的规则。
第3–5章：运动学、对称性、束缚态
- 四矢量：把相对论性的能量与动量当作同一个量的分量。
- 离散对称性：宇称、电荷共轭、CP和时间反演，以及中性K介子中的CP破坏。
- 夸克偶素与重子波函数：夸克的束缚态，以及它们对夸克模型的启示。
第6–8章：费曼演算、QED、夸克相互作用
- 黄金规则：把振幅转换为衰变率和截面的公式。
- 费曼规则：图示化的计算方法，先用于玩具理论，再用于QED和QCD。
- 重整化与渐近自由：QED和QCD中耦合如何随标度变化。
第9–12章：弱相互作用、规范理论、中微子
- 电弱统一：弱同位旋、超荷与混合。
- 希格斯机制：通过自发对称性破缺产生质量。
- 中微子振荡与混合矩阵：中微子有质量的证据。
评析
优点
- 历史与计算分工明确。 样章坦率地说明它是应当快速读过的背景，其余各章随即转入定量工作。读者可以获得历史视野，而不会拖慢技术内容的进度。
- 进入费曼规则的平缓路径。 出版社强调书中用一个玩具模型对费曼规则作了简化的引入，因此可以在不受自旋复杂性干扰的情况下学习计算技巧。第6章在第7章的QED之前提供了这一点。
- 覆盖标准模型的完整脉络。 目录从QED出发，经过强相互作用、弱相互作用、规范理论和希格斯机制，并加入中微子振荡；附录汇集了δ函数、狄拉克矩阵和费曼规则以供查阅。
- 例题和大量习题。 出版社对这两点都有强调，教师还可以获得完整的解答手册。
局限
- 部分内容已经过时。 正文早于希格斯玻色子的发现；第12.1节把它当作前景来谈，样章也提到在LHC开始运行之前只有费米实验室能够产生顶夸克。如今的读者需要借助更新的资料了解这些结果。
- 解答仅供教师。 解答手册只提供给注册教师，自学的学生没有可对照的解答。
- 范围有限。 目录中没有讲核结构的章节，因此本书不能作为核物理与粒子物理合一的教材。
- 出版社未说明预备知识。 出版社页面没有列出预备知识。目录显示书中有对相对论运动学（第3章）和角动量（第4章）的复习，但狄拉克方程和第6–10章需要读者熟悉量子力学。
在课程中的定位
在本课程书单中，Griffiths 是讲粒子物理计算的本科教材。Frank Close 的 Particle Physics: A Very Short Introduction 是不用数学的概览，Dodd 与 Gripaios 的 The Ideas of Particle Physics 是面向有理科背景读者的标准模型简明导论，用到一些数学但不用繁重的形式；二者都可作为第1–2章的预习。Martin 与 Shaw 的 Nuclear and Particle Physics: An Introduction 在本科层次上把两个领域合在一起讲，而 Krane 的 Introductory Nuclear Physics 则是学习 Griffiths 未涉及的核结构、衰变与反应时应参考的书。
如何使用本书
本书适合已经学过量子力学并接触过狭义相对论的学生。第3章和第4章会复习运动学和角动量，但并不能代替那些课程。附录A和C汇集了后面各章要用的δ函数以及泡利矩阵和狄拉克矩阵。
一学期课程的阅读安排：按作者的建议快速浏览第1章；读第2章以把握全貌；有选择地使用第3–5章，优先读第4、5章中的对称性和夸克模型部分；以第6–10章为核心，按顺序阅读，因为每一章都要用到前一章的费曼规则。第11章和第12章可用来了解当前背景，也可以作为选读。第6–9章的技巧要靠计算才能学会，所以应当边读边做习题。