夸克胶子等离子体 从大爆炸到小爆炸PDF电子书下载

第1章 夸克胶子等离子体是什么 1

1.1 QCD渐近自由和退禁闭 1

1.2 QCD手征对称性破缺 4

1.3 夸克胶子等离子体的产生 4

1.4 在哪里可以找到夸克胶子等离子体 6

1.5 相对论重离子碰撞产生QGP的信号 9

1.6 相对论重离子碰撞实验纵览 11

1.7 自然单位和粒子数据 14

第1部分 夸克胶子等离子体的基本概念 16

第2章 QCD简介 16

2.1 QCD经典作用量 16

2.2 QCD量子化 18

2.3 QCD重整化 21

2.3.1 跑动耦合常数 22

2.3.2 渐近自由的更多内容 24

2.4 QCD的整体对称性 26

2.4.1 手征对称性 26

2.4.2 伸缩对称性 27

2.5 QCD真空性质 27

2.6 非微扰QCD的研究方法 29

2.6.1 袋模型 29

2.6.2 势模型 30

2.6.3 NJL模型 31

2.6.4 手征微扰理论 32

2.6.5 QCD求和规则 32

2.6.6 格点QCD 33

习题 34

第3章 夸克强子相变的物理 37

3.1 热力学的基本知识 38

3.2 无相互作用系统 41

3.3 强子弦和解禁闭 42

3.4 强子的渗析 43

3.5 袋模型的状态方程 44

3.6 Hagedorn极限温度 47

3.7 状态方程的参数化形式 49

3.8 格点状态方程 50

习题 53

第4章 有限温度场论 55

4.1 Z的路径积分表示 56

4.2 黑体辐射 58

4.3 有限T和μ的微扰理论 60

4.3.1 自由传播子 61

4.3.2 顶角 62

4.3.3 费曼规则 63

4.4 实时格林函数 64

4.5 高温零化学势的胶子传播子 66

4.6 高温零化学势的夸克传播子 72

4.7 HTL重求和 73

4.8 压强的微扰计算——展开到O（g5） 75

4.9 O（g6）贡献的红外问题 77

4.10 QED等离子体中的德拜屏蔽 79

4.11 QED等离子体的Vlasov方程 81

4.12 QCD等离子体的Vlasov方程 83

习题 84

第5章 QCD相变的格点规范理论 88

5.1 格点QCD基础 88

5.1.1 Wilson线 88

5.1.2 格点上的胶子 90

5.1.3 格点上的费米子 91

5.1.4 格点配分函数 94

5.2 Wilson圈 95

5.3 强耦合展开和禁闭效应 97

5.4 弱耦合展开和连续极限 98

5.5 蒙特卡罗模拟 100

5.5.1 重味夸克和反夸克之间的势 102

5.5.2 轻夸克的质量谱 103

5.6 有限温度的格点QCD 105

5.7 Nf=0的QCD禁闭-解禁闭转变 107

5.8 Nf=0情况的相变级次 110

5.9 动力学夸克的影响 111

5.10 有限化学势的影响 112

习题 113

第6章 手征相变 116

6.1 热密物质中的〈？q） 116

6.1.1 高温展开 117

6.1.2 低温展开 117

6.2 NJL模型 118

6.2.1 T=0时的动力学对称性破缺 120

6.2.2 T≠0时的对称性恢复 122

6.3 平均场理论和朗道函数 123

6.3.1 相变级次 123

6.3.2 二级相变 125

6.3.3 三次方相互作用导致的一级相变 127

6.3.4 六次相互作用下的三相临界行为 128

6.4 空间非均匀性和关联 131

6.5 临界涨落和Ginzburg区域 132

6.6 重整化群和？展开 134

6.6.1 4-？维度下的重整化 135

6.6.2 跑动耦合常数 136

6.6.3 顶角函数 137

6.6.4 顶角函数的重整化群方程 138

6.7 βi的微扰演化 139

6.8 重整化群方程和不动点 140

6.8.1 量纲分析和重整化群方程的解 140

6.8.2 重整化群的流 141

6.9 标度律和普适性 144

6.9.1 临界点的标度律 144

6.9.2 临界点附近的标度律 145

6.10 磁物态方程 146

6.11 不动点的稳定性 148

6.12 O（N）对称的φ4模型的临界指数 149

6.13 有限温度下QCD的手征相变 150

6.13.1 QCD的朗道泛函 151

6.13.2 没有轴矢反常的无质量QCD 152

6.13.3 有轴矢反常的无质量QCD 153

6.13.4 轻夸克质量的效应 155

6.13.5 有限化学势的效应 156

习题 158

第7章 热环境中的强子态 161

7.1 热等离子体中的重夸克偶素 161

7.1.1 零温时的Q？谱 161

7.1.2 T≠0时的Q？ 163

7.1.3 高温时粲夸克偶素的压低 164

7.1.4 格点QCD中Polyakov线的关联 165

7.2 热介质中的轻夸克偶素 167

7.2.1 零温时的q？谱 167

7.2.2 有限温度时的Nambu-Goldstone定理 168

7.2.3 维里展开和夸克凝聚 169

7.2.4 低温π介子 170

7.2.5 低温时的矢量介子 172

7.3 用格点QCD研究介质内的强子 173

7.4 来自热密物质的光子和双轻子 175

7.4.1 光子产生率 176

7.4.2 双轻子产生率 177

习题 178

第2部分 天体物理中的夸克胶子等离子体 182

第8章 早期宇宙中的QGP 182

8.1 宇宙大爆炸的观测证据 182

8.2 均匀的各向同性的空间 186

8.2.1 Robertson-Walker度规 186

8.2.2 哈勃定律和红移 187

8.2.3 视界距离 188

8.3 宇宙的膨胀定律 189

8.3.1 爱因斯坦方程 189

8.3.2 临界密度 190

8.3.3 弗里德曼方程的解 191

8.3.4 熵守恒 193

8.3.5 宇宙的年龄 193

8.4 宇宙的热历史：从夸克胶子等离子体（QGP）到宇宙微波背景辐射（CMB） 195

8.5 原初核合成 198

8.6 再论早期宇宙QCD相变 200

8.6.1 t＜tI（T＞Tc） 202

8.6.2 tI＜t＜TF（T=Tc） 203

8.6.3 t＞tF（T＜Tc） 203

习题 204

第9章 致密星 206

9.1 中子星的特性 207

9.2 牛顿致密星 209

9.2.1 白矮星 210

9.2.2 中子星 212

9.3 广义相对论星体 213

9.3.1 致密星的最大质量 213

9.3.2 Oppenheimer-Volkoff方程 215

9.3.3 史瓦西均匀密度星 216

9.4 致密星的化学成分 217

9.4.1 中子星物质和超子物质 217

9.4.2 u,d夸克物质 219

9.4.3 u,d,s夸克物质 220

9.5 夸克-强子相变 221

9.5.1 核物质以及中子物质的状态方程 222

9.5.2 夸克物质的状态方程 223

9.5.3 稳定的奇异物质 226

9.6 夸克物质相变 227

9.7 中子星和夸克星的结构 228

9.7.1 中子星的质量-半径关系 228

9.7.2 奇异夸克星 229

9.8 高密物质的各种相 230

习题 231

第3部分 相对论重离子碰撞中的夸克胶子等离子体 234

第10章 相对论重离子碰撞简介 234

10.1 核阻止本领和核穿透性 234

10.2 碰撞的时空图像 236

10.3 中心平台和碎裂区 239

10.4 极端相对论核-核碰撞的演化史 240

10.5 重离子碰撞的几何学 242

10.6 重离子加速器的过去、现在和未来 245

第11章 重离子碰撞中的相对论流体力学 247

11.1 多粒子产生的费米和朗道图像 247

11.2 相对论流体力学 250

11.2.1 完美流体 250

11.2.2 耗散流体 253

11.3 Bjorken标度解 254

11.3.1 完美流体 255

11.3.2 耗散效应 258

11.4 与观测量的联系 259

习题 261

第12章 预平衡过程的输运理论 263

12.1 经典玻尔兹曼方程 263

12.2 玻尔兹曼H定理 266

12.3 经典输运方程的协变形式 267

12.3.1 守恒律 269

12.3.2 局域H定理和局域平衡 269

12.4 量子输运理论 270

12.4.1 密度矩阵 271

12.4.2 狄拉克方程 271

12.4.3 威格纳函数 272

12.4.4 W（x,p）的运动方程 274

12.4.5 半经典近似 275

12.4.6 非阿贝尔推广 277

12.5 QCD唯象输运方程 278

习题 278

第13章 夸克胶子等离子体的形成和演化 280

13.1 初始条件 281

13.1.1 色弦碎裂模型 281

13.1.2 色玻璃凝聚 282

13.1.3 微扰QCD模型 284

13.2 迷你喷注的产生 284

13.3 等离子体纵向膨胀及QCD相变 288

13.4 等离子体横向膨胀 289

13.5 横动量谱和横向流 291

习题 293

第14章 夸克胶子等离子体诊断基本原理 295

14.1 利用强子诊断QGP性质 295

14.1.1 相变探测 295

14.1.2 粒子产额比和化学平衡 296

14.1.3 横动量分布和流 297

14.1.4 各向异性流和状态方程 298

14.1.5 干涉法和时空演化 301

14.1.6 逐事例涨落 303

14.1.7 夸克重组导致的强子产生 305

14.2 QGP的硬探针诊断：喷注断层扫描 307

14.3 QGP的轻子和光子诊断 310

14.3.1 Drell-Yan双轻子产生 310

14.3.2 QGP中的J／Ψ压低和德拜屏蔽 312

14.3.3 热光子和双轻子 314

习题 315

第15章 CERN-SPS实验结果 317

15.1 相对论重离子加速器 318

15.2 核-核碰撞的基本特性 319

15.2.1 单粒子谱 319

15.2.2 集体膨胀 321

15.2.3 HBT两粒子关联 322

15.3 奇异性产生和化学平衡 324

15.4 J／Ψ压低 326

15.5 低质量双轻子产额增强 328

15.6 直生光子的测量 329

第16章 相对论重离子对撞机（RHIC）的早期结果 331

16.1 RHIC上重离子加速与对撞 331

16.2 粒子的产生 334

16.3 横动量分布 338

16.4 HBT关联 340

16.5 热化 341

16.6 方位角各向异性 343

16.7 大横动量强子产额的压低 346

16.8 喷注结构修正 348

16.9 夸克数标度律 350

第17章 相对论重离子碰撞实验中的探测器 352

17.1 相对论重离子碰撞的特征 352

17.2 横能量ET 354

17.3 事件特征描述探测器 355

17.4 强子谱仪 355

17.4.1 通过测量能量损失dE/dx进行粒子鉴别 358

17.4.2 通过测量飞行时间进行粒子鉴别 358

17.4.3 通过切伦科夫探测器进行粒子鉴别 360

17.5 轻子对谱仪 362

17.6 光子谱仪 363

17.7 PHENIX：一个大型复合探测器 366

习题 368

附录A 常数与自然单位制 369

附录B 狄拉克矩阵、狄拉克旋量和SU（N）代数 372

附录C 泛函、高斯和Grassmann积分 376

附录D 弯曲时空与爱因斯坦方程 380

附录E 相对论运动学和变量 388

附录F 散射振幅、光学定理与基本部分子散射 394

附录G 声波与横向膨胀 400

附录H 粒子表 404

参考文献 407

索引 421