01 / 导读
导读
引用
Martin, B. R., & Shaw, G. (2019). Nuclear and Particle Physics: An Introduction (3rd ed.). Wiley.
章节概要
全书共十章、五个附录，共528页，对核物理与粒子物理大致同等对待。在共同的开篇章节之后，依次是一章核现象学、一章粒子现象学和一章实验方法；第5至7章集中讲粒子相互作用，第8章再回到核模型与核衰变。第9、10章面向外部，讲应用与悬而未决的问题。除最后一章外，每章末都有习题，部分习题的简短答案见附录E。
第1章：基本概念
以历史回顾开篇（核物理的起源、粒子物理的出现、标准模型），随后是两个领域共用的工具：相对论与反粒子；时空对称性与守恒律（宇称、电荷共轭、时间反演）；相互作用与费曼图；粒子交换、力与汤川势；截面与衰变率；以及单位。
第2章：核现象学
质谱学（含潘宁阱测量）、核的形状与大小、半经验质量公式与液滴模型、核的不稳定性、衰变链、β衰变现象学、裂变、γ衰变与核反应。
第3章：粒子现象学
轻子（多重态、轻子数、中微子、中微子混合与振荡及相关实验）、夸克（证据与代）、强子（味无关性与电荷多重态、简单夸克模型、衰变与寿命、磁矩与质量、重夸克偶素、允许的与奇异的量子数）。
第4章：实验方法
加速器与束流、粒子与物质的相互作用（电离与辐射能量损失、光子相互作用）、粒子探测器（气体电离探测器、闪烁计数器、半导体探测器、切伦科夫计数器、量能器），以及完整的探测器系统。
第5章：夸克动力学：强相互作用
色与量子色动力学（强耦合常数、屏蔽、反屏蔽与渐近自由）、新的物质形态（奇异强子、夸克–胶子等离子体）、喷注与胶子、深度非弹性散射与核子结构、其他过程，以及流夸克与组分夸克。
第6章：弱相互作用与电弱统一
带电流与中性流、带电流反应与夸克混合、第三代与顶夸克、中性流与统一理论，以及规范不变性与希格斯玻色子，最后讲希格斯玻色子的发现。
第7章：弱相互作用中的对称性破缺
宇称与电荷共轭破坏、弱相互作用的自旋结构与手征性、中性K介子与CP破坏、B衰变中的CP破坏与味振荡，以及标准模型中的CP破坏。
第8章：核物理的模型与理论
核子–核子势、费米气体模型、壳模型、非球形核与集体模型，然后是α、β、γ衰变，包括V−A理论与选择定则。
第9章：核物理与粒子物理的应用
裂变（链式反应、反应堆、放射性废物、加速器驱动系统）、聚变（含核合成与聚变反应堆）、核武器、生物医学应用（放射治疗、医学成像、磁共振成像）及其他应用。
第10章：若干悬而未决的问题与未来展望
关于强子与原子核的未决问题、统一方案（大统一、超对称、弦论）、中微子的本性（含无中微子双β衰变），以及粒子天体物理（中微子天体物理、宇宙学与暗物质、物质–反物质不对称、轴子）。
附录
A，量子力学的若干结果（势垒穿透、态密度、第二黄金规则、同位旋）；B，相对论运动学；C，卢瑟福散射；D，规范理论；E，部分习题的简短答案。
核心概念
第1章：基本概念
- 守恒律与对称性：宇称、电荷共轭与时间反演。
- 费曼图与交换力：如何表示相互作用，以及汤川势如何给出力的作用范围。
- 截面与衰变率：连接理论与实验的可观测量。
第2–4章：现象学与实验
- 半经验质量公式：核结合能的液滴模型。
- 中微子混合与振荡：中微子为何有质量和混合角。
- 简单夸克模型：强子多重态、质量与磁矩。
- 探测器：电离、闪烁、切伦科夫探测器与量能器。
第5–7章：标准模型
- 量子色动力学：色、禁闭与渐近自由。
- 深度非弹性散射：标度性与部分子分布。
- 电弱统一与希格斯场：粒子质量的起源。
- CP破坏：见于中性K介子与B介子。
第8–10章：核模型、应用与未决问题
- 壳模型：幻数、自旋、宇称与磁矩。
- β衰变：费米理论、V−A与选择定则。
- 裂变与聚变：链式反应、反应堆与恒星核合成。
- 超出标准模型：大统一、超对称、无中微子双β衰变与暗物质。
评析
优点
- 两个领域同等对待。 出版社称这是少数对核物理与粒子物理同等对待、同时又适合本科生阅读的书之一，目录也印证了这一点：核现象学与粒子现象学各占一章，第8章再讲核模型。
- 偏重现象学。 出版社说明本书的路径强调理解实验数据，章节结构把现象学和实验方法放在标准模型与核模型的理论章节之前。
- 第三版有所更新。 出版社列出了希格斯玻色子的发现、中微子物理的新结果、对超对称等超出标准模型理论的检验，以及用于高精度核质量测量的潘宁阱；目录中有对应的小节（第6.5.4节讲希格斯玻色子的发现，第2.1.3节讲潘宁阱）。
- 练习与配套材料。 除最后一章外，每章后都有习题，部分习题的解答在附录E中，配套网站还为学生提供奇数题的解答。
- 实用的附录。 关于量子力学结果、相对论运动学、卢瑟福散射与规范理论的附录，汇集了正文所依赖的背景知识。
局限
- 核理论出现较晚。 由于两个领域交替展开，专注于核物理的读者要到第8章才遇到壳模型与核衰变理论，此前要经过篇幅很长的第5–7章粒子物理内容，需要在章节之间跳读。
- 广度大于深度。 最后两章（应用，以及未决问题与展望）是综述性质，每个主题只有几页，并非完整论述。
- 预备知识。 出版社把本书定位为高年级本科课程的基础或早期研究生阶段的参考书；量子力学结果与相对论运动学的附录提供了背景，但本书并不是面向一年级学生的入门书。
在课程中的定位
Martin与Shaw是这份核与粒子物理书单中覆盖面最广的一本：在一本高年级本科教材里同时讲两个学科。Close的 Particle Physics: A Very Short Introduction 与Dodd和Gripaios的 The Ideas of Particle Physics 是偏概念的较轻入门，针对粒子一侧（Close的书不涉及数学，Dodd和Gripaios用到一些数学但没有繁重的形式体系），适合先读。Griffiths的 Introduction to Elementary Particles 是以计算见长的本科粒子物理教材，讲费曼规则与量子电动力学，在粒子一侧比Martin与Shaw的现象学讲法走得更远。Krane的 Introductory Nuclear Physics 是专门的核物理教材，是对核性质、衰变、探测与反应的高年级论述，在核物理一侧更深入。
常见的路线是：先学近代物理课程，再用Martin与Shaw对两个领域做一次整体考察，然后按需要用Griffiths或Krane在其中一个领域加深。
如何使用本书
本书适合已学过入门量子力学和狭义相对论的高年级本科生，也可作为早期研究生阶段的参考书。
实用的学习安排：
- 两个领域共同的核心： 第1章讲共同概念，第2、3章讲现象学。
- 粒子路线： 依次读第4、5、6、7章，附录B与D作辅助。
- 核物理路线： 第2章与第4章（探测），然后第8章读模型与衰变，第9章读应用。
- 综览式阅读： 第9、10章不必具备中间各章的细节也能读。
- 习题： 做章末习题，并对照附录E的简短答案。