01 / 導讀
導讀
引用
Griffiths, D. (2008). Introduction to Elementary Particles (2nd, rev. ed.). Wiley-VCH.
章節概要
全書包括導言、十二章和四個附錄（狄拉克δ函數、衰變率與截面、包立矩陣與狄拉克矩陣、樹圖階費曼規則），約470頁。出版社介紹的佈局是：先有一個歷史性的第一章，隨後對標準模型作定量的闡述，書中有例題和大量章末習題。
第1章：基本粒子的歷史性導論
共十一節，從古典時代（1897–1932年）出發，經過光子、介子、反粒子、微中子和奇異粒子，一直到八重道、夸克模型、1974年的「十一月革命」、中間向量玻色子和標準模型。公開的樣章稱自己是一部「民間史」（folk history），建議把它當作全書其餘部分的背景快速讀過。
第2章：基本粒子動力學
對四種力、量子電動力學、量子色動力學和弱交互作用（中性與帶電）作定性的概覽，其後是衰變與守恆律以及關於統一方案的一節。它提供了後面計算性章節將要精確化的基本詞彙。
第3章：相對論運動學
勞侖茲變換、四向量、能量與動量、古典與相對論碰撞，以例子和應用結束。
第4章：對稱性
對稱性、群與守恆律；角動量（包括角動量的合成與自旋）；味對稱性；以及離散對稱性：宇稱、電荷共軛、CP（中性K介子與CP破壞）、時間反演與TCP定理。
第5章：束縛態
從薛丁格方程出發，處理氫原子（精細結構、蘭姆位移、超精細分裂）、正電子素、夸克偶素（粲偶素、底偶素）、輕夸克介子和重子，其中重子部分包括波函數、磁矩與質量。
第6章：費曼演算
衰變率與截面，衰變與散射的黃金規則，以及可用來練習計算技巧的「玩具理論」的費曼規則，直到高階圖。
第7章：量子電動力學
狄拉克方程及其解、雙線性協變量、光子、QED的費曼規則、例子、卡西米爾技巧、截面與壽命，以及重整化。
第8章：夸克的電動力學與色動力學
e⁺e⁻碰撞中的強子產生、電子–質子彈性散射、色動力學的費曼規則、色因子、QCD中的對湮滅，以及漸近自由。
第9章：弱交互作用
帶電輕子的弱交互作用、μ子、中子和π介子的衰變、夸克的帶電弱交互作用、中性弱交互作用，以及電弱統一（手徵費米子態、弱同位旋與超荷、電弱混合）。
第10章：規範理論
從古典力學的拉格朗日表述到相對論性場論，再到局域規範不變性、楊–米爾斯理論、色動力學、質量項、自發對稱性破缺和希格斯機制。
第11–12章：微中子振盪；後記：下一步是什麼？
出版社稱，關於微中子振盪以及標準模型之外物理前景的章節是第二版新增的。第11章討論太陽微中子問題、振盪、其證實、微中子質量和混合矩陣。第12章展望希格斯玻色子、大統一、物質–反物質不對稱、超對稱、弦與額外維度，以及暗物質與暗能量。
核心概念
第1–2章：歷史性導論；基本粒子動力學
- 夸克模型與八重道：第1章所通向的強子分類。
- 四種力：第2章概覽的電磁、強、弱和重力交互作用。
- 衰變中的守恆律：限制哪些衰變可以發生的規則。
第3–5章：運動學、對稱性、束縛態
- 四向量：把相對論性的能量與動量當作同一個量的分量。
- 離散對稱性：宇稱、電荷共軛、CP和時間反演，以及中性K介子中的CP破壞。
- 夸克偶素與重子波函數：夸克的束縛態，以及它們對夸克模型的啟示。
第6–8章：費曼演算、QED、夸克交互作用
- 黃金規則：把振幅轉換為衰變率和截面的公式。
- 費曼規則：圖示化的計算方法，先用於玩具理論，再用於QED和QCD。
- 重整化與漸近自由：QED和QCD中耦合如何隨尺度變化。
第9–12章：弱交互作用、規範理論、微中子
- 電弱統一：弱同位旋、超荷與混合。
- 希格斯機制：透過自發對稱性破缺產生質量。
- 微中子振盪與混合矩陣：微中子有質量的證據。
評析
優點
- 歷史與計算分工明確。 樣章坦率地說明它是應當快速讀過的背景，其餘各章隨即轉入定量工作。讀者可以獲得歷史視野，而不會拖慢技術內容的進度。
- 進入費曼規則的平緩路徑。 出版社強調書中用一個玩具模型對費曼規則作了簡化的引入，因此可以在不受自旋複雜性干擾的情況下學習計算技巧。第6章在第7章的QED之前提供了這一點。
- 涵蓋標準模型的完整脈絡。 目錄從QED出發，經過強交互作用、弱交互作用、規範理論和希格斯機制，並加入微中子振盪；附錄彙集了δ函數、狄拉克矩陣和費曼規則以供查閱。
- 例題和大量習題。 出版社對這兩點都有強調，教師還可以取得完整的解答手冊。
局限
- 部分內容已經過時。 正文早於希格斯玻色子的發現；第12.1節把它當作前景來談，樣章也提到在LHC開始運轉之前只有費米實驗室能夠產生頂夸克。如今的讀者需要借助更新的資料了解這些結果。
- 解答僅供教師。 解答手冊只提供給註冊教師，自學的學生沒有可對照的解答。
- 範圍有限。 目錄中沒有談核結構的章節，因此本書不能作為核物理與粒子物理合一的教材。
- 出版社未說明預備知識。 出版社頁面沒有列出預備知識。目錄顯示書中有對相對論運動學（第3章）和角動量（第4章）的複習，但狄拉克方程和第6–10章需要讀者熟悉量子力學。
在課程中的定位
在本課程書單中，Griffiths 是談粒子物理計算的大學部教材。Frank Close 的 Particle Physics: A Very Short Introduction 是不用數學的概覽，Dodd 與 Gripaios 的 The Ideas of Particle Physics 是面向有理科背景讀者的標準模型簡明導論，用到一些數學但不用繁重的形式；兩者都可作為第1–2章的預習。Martin 與 Shaw 的 Nuclear and Particle Physics: An Introduction 在大學部層次上把兩個領域合在一起談，而 Krane 的 Introductory Nuclear Physics 則是學習 Griffiths 未涉及的核結構、衰變與反應時應參考的書。
如何使用本書
本書適合已經修過量子力學並接觸過狹義相對論的學生。第3章和第4章會複習運動學和角動量，但並不能取代那些課程。附錄A和C彙集了後面各章要用的δ函數以及包立矩陣和狄拉克矩陣。
一學期課程的閱讀安排：依作者的建議快速瀏覽第1章；讀第2章以掌握全貌；有選擇地使用第3–5章，優先讀第4、5章中的對稱性和夸克模型部分；以第6–10章為核心，按順序閱讀，因為每一章都要用到前一章的費曼規則。第11章和第12章可用來了解目前的背景，也可以作為選讀。第6–9章的技巧要靠計算才能學會，所以應當邊讀邊做習題。