量子场论讲义1-4

《量子场论讲义1-4》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实用文档第一章预备知识§1粒子和场以现有的实验水平，确认能够以自由状态存在的各种最小物质，统称为粒子。电子、光子、中子、质子等是最早认识的一批粒子，陆续发现了大量的粒子、介子和共振态，粒子的数目达数百种，它们是物质存在的一种形式。场是物质存在的另一种形式，这种形式主要特征在于场是弥散于全空间的，全空间充满着各种不同的场，它们互相渗透和相互作用着。按量子场论观点，每一种粒子对应一种场，场的激发表现为粒子的出现，不同激发态表现为粒子的数目和状态不同，场的退激发，表现为粒子的湮沒。场的相互作用可以引起激发态的改变，表现为粒子的各种反应过程，也就是说场是

2、物质存在的更基本的形式，粒子只是场处于激发态时的表现。1.四种相互作用目前已确定的粒子之间的相互作用有四种，即在经典物理中人们早已认识到了的引力相互作用和电磁相互作用，以及在原子核物理的研究中才逐步了解的强相互作用和弱相互作用。四种相互作用的比较见表1.1表1.1四种相互作用的比较作用强相互作用电磁作用弱作用引力作用强度0.150.0073.力程∞∞媒介子介子胶子光子粒子引力子？典型反应π＋pγpνp电磁相互作用的强度是以精确结构常数来表征的，可以同时参与四种相互作用的粒子（例如质子p）为代表，通过典型的反应过程的比较研究，确定各种作用强度的大小

3、。2.粒子的属性不同粒子有不同的内禀属性，这些属性不因粒子产生的来源和运动状态而改变。最重要的属性有：质量m，粒子的质量是指静止质量，以能量为单位，它和能量E和动量的关系为文案大全实用文档电量Q，粒子的电荷是量子化的，电荷的最小单位是质子的电荷。自旋S，粒子的自旋为整数或半整数，如π介子的自旋为0，电子的自旋为1/2，矢量介子的自旋为1。平均寿命，粒子从产生到衰变为其它粒子所经历的时间称为粒子的寿命。由于粒子的寿命不是完全确定值，具一定的几率分布，如果个相同粒子进行衰变，经过时间后还剩下个，则，式中即为粒子的平均寿命。磁矩，指粒子的自旋磁矩。它与

4、粒子的自旋S满足关系：，式中是粒子电荷，为粒子质量，是数量因子。宇称P，描述粒子在空间反演下的性质的一个量子数。若在空间反演下，若粒子的态函数改变符号，此粒子具奇宇称（P＝－1）。若态函数保持不变，粒子具偶宇称（P=1）。粒子的性质，可查阅有关资料。例如：ParticleDataGroup编的ReviewofParticlePhysics,刊登于Plys.Lett.B592(2004)。3.粒子的分类可按多种方式对粒子分类。按参与相互作用的性质，可分为三类：（a）强子，既参与强相互作用，也参与弱相互作用。已发现的粒子大多数是强子，包括重子，介子。

5、（b）轻子，不参与强相互作用的粒子，有的参与电磁作用和弱作用，如电子和μ子，有的只参与弱作用。（c）规范玻色子，传递作用力的粒子，如γ，，。按轻子——夸克层次可分三类：按强子夸克结构理论，强子不是“基本”粒子，强子是复合粒子，是若干个夸克构成的复合体，夸克是构成强子的组元粒子。夸克有6种：上夸克（u），下夸克（d），奇异夸克（s），粲夸克（c），底夸克（b）和顶夸克（t）。按Gell_Mann&Zweig理论，夸克带有分数电荷，理论上称有“六味”夸克，其所带电荷如下表：表1.2夸克的电荷味上u下d奇s粲c底b顶t电荷(e)2/3-1/3-1/32

6、/3-1/32/3按此理论，强子不是粒子，而由夸克所构成，例如质子由u,u,d组成：，,，文案大全实用文档为反夸克，强子不看作粒子后，按轻子—夸克将粒子分类为：（a）规范玻色子，传递相互作用的粒子（b）费米子，包括轻子和夸克（c）Higss粒子，按弱电统一理论，应该有存在有自旋为0的Higss粒子，但实际上至今未发现。按此理论分类，有两个实验上未解决的问题，一是夸克禁闭，还找不到自由夸克，二是Higss粒子还未找到。按粒子的自旋分类.(a)自旋s=0的粒子，称标量粒子，如，k介子等(b)自旋的粒子，称旋量粒子，如电子e、质子p等(c)自旋的粒子，

7、称为矢量粒子，如的粒子，m=0的光子。(d)高自旋粒子。这种分类，方便场方程的研究。§2自然单位制物理学中确定单位制的通常做法是，依据研究对象，为研究方便，选取几个相互独立的物理量及其单位作为基本单位，其它物理量和单位则根据基本物理量及公式来表示，这些导出的单位称为导出量和导出单位。在微观高速现象的研究中，涉及的物理量有：长度、质量、时间、电荷和温度。为减少独立的基本物理量的数目，利用库仑定律并规定真空的介电常数为无量纲的数1来定义电荷，使电荷不再是基本物理量。为进一步减少独立的量纲，注意到，在微观高速领域，有三个重要的量：光速：量纲玻尔兹曼常数

8、：量纲普朗克常数：量纲（数据来自Pyhs.LettB592.91(2004)）.建立一个在微观邻域应用方便的新单位制，规定这三个量的值为