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