现代粒子物理学导论 : 第3版

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

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 12 Particles 71

3.5.2 Decay of a Spin 0+ Particle into Three SpinlessParticles 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 Young's 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) andAsymptotic 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

10.4.2 Strangeness Changing Semi-Leptonic Decays . . . 297

10.5 Hadronic Weak Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

10.5.1 Non-Leptonic Decays of Hyperons . . . . . . . . . 299

10.5.2 _I = 1/2 Rule for Hyperon Decays . . . . . . . . 302

10.5.3 Non-leptonic Hyperon Decays in Non-RelativisticQuark Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

10.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

10.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

11. Properties of Weak Hadronic Currents and Chiral Symmetry 311

11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

11.2 Conserved Vector Current Hypothesis (CVC) . . . . . . . 311

11.3 Partially Conserved Axial Vector Current Hypothesis(PCAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

11.4 Current Algebra and Chiral Symmetry . . . . . . . . . . . 317

11.4.1 Explicit Breaking of Chiral Symmetry . . . . . . . 320

11.4.2 An Application of Chiral Symmetry to Non-Leptonic Decays of Hyperons . . . . . . . . . . . . 323

11.5 Axial Anomaly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

11.6 QCD Sum Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

11.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

11.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

12. Neutrino 331

12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

12.2 Intrinsic Properties of Neutrinos . . . . . . . . . . . . . . 332

12.3 Mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

12.3.1 Constraints on Neutrino Mass . . . . . . . . . . . 333

12.3.2 Dirac and Majorana Masses . . . . . . . . . . . . 337

12.3.3 Fermion Masses in the Standard Model (SM) andSee-saw Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . 339

12.4 Neutrino Oscillations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

12.4.1 Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein E_ect . . . . . . . 345

12.4.2 Evolution of Flavor Eigenstates in Matter . . . . . 349

12.5 Evidence for Neutrino Oscillations . . . . . . . . . . . . . 351

12.5.1 Disappearance Experiments . . . . . . . . . . . . 351

12.5.2 Appearance Experiments . . . . . . . . . . . . . . 351

12.6 Neutrino Mass Models and Mixing Matrix and Symmetries 355

12.7 Neutrino Magnetic Moment . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

12.8 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

12.9 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

13. Electroweak Uni_cation 365

13.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

13.2 Spontaneous Symmetry Breaking and Higgs Mechanism . 366

13.2.1 Higgs Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

13.2.2 Gauge Symmetry Breaking for Chiral U1U2 Group 369

13.3 Renormalizability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

13.4 Electroweak Uni_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

13.4.1 Experimental Consequences of the ElectroweakUni_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

13.4.2 Need for Radiative Corrections . . . . . . . . . . . 382

13.4.3 Experiments which Determine sin2 _W . . . . . . 387

13.5 Decay Widths of W and Z Bosons . . . . . . . . . . . . . 389

13.6 Tests of Yang-Mills Character of Gauge Bosons . . . . . . 395

13.7 Higgs Boson Mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

13.8 Upper Bound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

13.8.1 Unitarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

13.8.2 Finiteness of Couplings . . . . . . . . . . . . . . . 400

13.9 Standard Model, Higgs Boson Searches, Production at Decays

13.9.1 LEP-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

13.9.2 LHC and Tevatron . . . . . . . . . . . . . . . . . 402

13.10 Two Higgs Doublet Model (2HDM) . . . . . . . . . . . . . 406

13.11 GIM Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

13.12 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa Matrix . . . . . . . . . . . . 414

13.13 Axial Anomaly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416

13.14 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421

13.15 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

14. Deep Inelastic Scattering 425

14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425

14.2 Deep-Inelastic Lepton-Nucleon Scattering . . . . . . . . . 427

14.3 Parton Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

14.4 Deep Inelastic Neutrino-Nucleon Scattering . . . . . . . . 436

14.5 Sum Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439

14.6 Deep-Inelastic Scattering Involving Neutral Weak Currents 446

14.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447

14.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

15. Weak Decays of Heavy Flavors 451

15.1 Leptonic Decays of _ Lepton . . . . . . . . . . . . . . . . 451

15.2 Semi-Hadronic Decays of _ Lepton . . . . . . . . . . . . . 453

15.2.1 Special Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454

15.3 Weak Decays of Heavy Flavors . . . . . . . . . . . . . . . 457

15.3.1 Leptonic Decays of D and B Mesons . . . . . . . 458

15.3.2 Semileptonic Decays of D and B Mesons . . . . . 459

15.3.3 (Exclusive) Semileptonic Decays of D and B Mesons 464

15.3.4 Weak Hadronic Decays of B Mesons . . . . . . . . 471

15.3.5 Inclusive Hadronic B Decays . . . . . . . . . . . . 476

15.3.6 Radiative Decays of Bq Mesons . . . . . . . . . . 478

15.4 Inclusive Hadronic Decays of D-Mesons . . . . . . . . . . 479

15.4.1 Scattering and Annihilation Diagrams . . . . . . . 480

15.5 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

15.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487

16. Particle Mixing and CP-Violation 489

16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

16.2 CPT and CP Invariance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492

16.3 CP-Violation in the Standard Model . . . . . . . . . . . . 494

16.4 Particle Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497

16.5 K0 ?? _K0 Complex and CP-Violation in K-Decay . . . . . 504

16.6 B0 ?? _B0 Complex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511

16.7 CP-Violation in B-Decays . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515

16.8 CP-Violation in Hadronic Weak Decays of Baryons . . . . 518

16.9 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522

16.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

17. Grand Uni_cation, Supersymmetry and Strings 525

17.1 Grand Uni_cation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525

17.1.1 q2 Evolution of Gauge Coupling Constants and theGrand Uni_cation Mass Scale . . . . . . . . . . . 529

17.1.2 General Consequences of GUTS . . . . . . . . . . 531

17.2 Poincar_e Group and Supersymmetry . . . . . . . . . . . . 534

17.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

17.2.2 Poincar_e group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

17.2.3 Two-Component Weyl Spinors . . . . . . . . . . . 539

17.2.4 Spinor Algebra, Supersymmetry . . . . . . . . . . 540

17.2.5 Supersymmetric Multiplets . . . . . . . . . . . . . 542

17.3 Supersymmetry and Strings . . . . . . . . . . . . . . . . . 544

17.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544

17.3.2 Supersymmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545

17.4 String Theory and Duality . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548

17.4.1 M-theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

17.5 Some Important Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552

17.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552

17.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552

17.8 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554

18. Cosmology and Astroparticle Physics 557

18.1 Cosmological Principle and Expansion of the Universe . . 557

18.2 The Standard Model of Cosmology . . . . . . . . . . . . . 559

18.3 Cosmological Parameters and the Standard Model Solutions 562

18.4 Accelerating Universe and Dark Energy . . . . . . . . . . 566

18.4.1 Evidence from Supernovae . . . . . . . . . . . . . 567

18.4.2 Evidence from CMB Data . . . . . . . . . . . . . 568

18.4.3 Quintessence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571

18.4.4 Modi_ed Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573

18.5 Hot Big Bang: Thermal History of the Universe . . . . . . 574

18.5.1 Thermal Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . 574

18.5.2 The Radiation Era . . . . . . . . . . . . . . . . . 576

18.6 Freeze Out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581

18.7 Limit on Neutrino Mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584

18.8 Primordial Nucleosynthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . 585

18.9 Ination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588

18.9.1 Horizon Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 588

18.9.2 Flatness Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590

18.9.3 Realization of Ination . . . . . . . . . . . . . . . 591

18.9.4 Slow-roll Ination . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593

18.10 Baryogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595

18.10.1 Sakharov's Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . 597

18.10.2 Various Scenarios for Baryogenesis . . . . . . . . . 598

18.10.3 Leptogenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601

18.11 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606

18.12 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607

Appendix A Quantum Field Theory 609

A.1 Spin 0 Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609

A.2 Spin 1/2 Particle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611

A.2.1 Pauli Representation of Matrices . . . . . . . . 612

A.2.2 Weyl Representation of Matrices . . . . . . . . . 613

A.3 Trace of Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616

A.4 Spin 1 Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618

A.5 Massive Spin 1 Particle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619

A.6 Feynman Rules for S-Matrix in Momentum Space . . . . . 620

A.7 Application of Feynman Rules . . . . . . . . . . . . . . . . 621

A.7.1 e+e??!Hadrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624

A.7.2 ElectronScatteringanStructurelessSpin1=2Target625

A.8 Discrete Symmetries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628

A.8.1 Charge Conjugation . . . . . . . . . . . . . . . . . 628

A.8.2 Space Reection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631

Electron Scattering and Structureless Spin 1=2 Target 625

A.8.3 Time Reversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

A.9 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633

AppendixB Renormalization Group and Running Coupling Constant 639

B.1 Feynman Rules for Quantum Chromodynamics . . . . . . 639

B.2 Renormalization Group, Coupling Constant and Asymptotic

Freedom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640

B.3 Running Coupling Constant in Quantum Electrodynamics

(QED) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645

B.4 Running Coupling Constant for SU(2) Gauge Group . . . 646

B.5 Renormalization Group and High Q2 Behavior of Green's

Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647

B.5.1 Gluon Propagator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649

B.5.2 Fermion Propagator . . . . . . . . . . . . . . . . . 650

B.6 References for Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652

Index 653

《现代粒子物理学导论（第三版）(英文影印版)》涵盖了粒子物理各种方向，包括量子电动力学、夸克模型、标准模型等等。在理论和实验两方面都进行了系统讲解。此外，本书还着重讨论了天体物理、宇宙学和粒子物理学的交叉研究，即天体粒子物理学。
　　《现代粒子物理学导论（第三版）(英文影印版)》适合粒子物理、核物理、天体物理等领域的研究者和研究生阅读。

粒子物理依然是人类探索微观世界的前沿，某种意义上说也是整个现代物理学的基础。《现代粒子物理学导论（第三版）(英文影印版)》是一本内容非常丰富的专著，对于粒子物理的研究者来说是难得的参考书。对于初学者也是很好的教材。