第1部分 粒子和相互作用 3
第1章 夸克与轻子及其相互作用 3
1.1 概述 3
1.2 夸克和轻子 4
1.3 费米子和玻色子：自旋-统计关系，超对称 9
1.4 反粒子 10
1.5 基本的相互作用：玻色子的交换 12
1.6 玻色子和费米子的耦合 14
1.7 夸克-胶子等离子体 21
1.8 相互作用截面 22
1.9 基本粒子散射截面的例子 25
1.10 衰变和共振态 30
1.11 共振态的例子 33
1.12 新粒子 35
1.13 总结 36
习题 37
第2章 相对论变换和等效原理 41
2.1 狭义相对论中的坐标变换 41
2.2 不变间隔和四矢量 44
2.3 等效原理：引力场中的钟 45
2.4 广义相对论 50
2.5 史瓦西线元、史瓦西半径及黑洞 51
2.6 质点引起的光的引力偏折（爱因斯坦星移） 53
2.7 夏皮罗延迟 55
2.8 轨道进动 55
2.9 Robertson-Walker线元 56
2.10 牛顿引力的修正？ 58
2.11 相对论运动学：四动量，多普勒效应 59
2.12 有固定靶和碰撞束的加速器 60
习题 61
第3章 守恒律、对称性以及粒子物理标准模型 63
3.1 变换以及欧拉-拉格朗日方程 63
3.2 转动 64
3.3 宇称算符 65
3.4 宇称守恒及内秉宇称 66
3.5 弱相互作用中的宇称破坏 68
3.6 螺旋度和螺旋度守恒 69
3.7 电荷共轭不变性 72
3.8 规范变换和规范不变性 72
3.9 超弦 76
3.10 电弱理论中的规范不变 77
3.11 对称性自发破缺的希格斯机制 78
3.12 跑动的耦合常数：弱电理论和量子色动力学与实验的比较 80
3.13 规范理论中的真空结构 87
3.14 CPT定理与CP和T对称 87
3.15 中性K介子衰变中的CP破坏 88
3.16 标准模型中的CP破坏：CKM矩阵 90
3.17 总结 93
习题 94
第4章 标准模型的拓展 96
4.1 无中微子的双贝塔衰变 96
4.2 中微子质量与味道振荡 98
4.3 大统一理论：质子衰变 102
4.4 大统一和中微子跷跷板机制 105
4.5 等级与超对称 107
4.6 总结 109
习题 109
第2部分 早期宇宙 113
第5章 膨胀宇宙 113
5.1 哈勃膨胀 113
5.2 奥伯斯佯谬 119
5.3 弗里德曼方程 119
5.4 能量密度源 123
5.5 观测的能量密度 126
5.6 宇宙的年龄和尺度 128
5.7 减速参数：真空能／宇宙学常数的效应 131
5.8 CMB辐射 132
5.9 微波辐射的各向异性 135
5.10 早期宇宙中的粒子和辐射 136
5.11 光子和中微子密度 138
5.12 辐射和物质时期：物质和辐射的退耦 140
5.13 物质-辐射相等的时期 142
5.14 总结 144
习题 145
第6章 核合成和重子产生 147
6.1 原初核合成 147
6.2 大爆炸中的重子产生以及物质-反物质不对称 150
6.3 大爆炸中的重子-光子之比 153
6.4 Sakharov判据 155
6.5 重子-反重子不对称：可能的情形 156
6.6 总结 159
习题 159
第7章 暗物质和暗能量组分 161
7.1 概述 161
7.2 星系和星系团中的暗物质 162
7.3 引力透镜 164
7.4 从引力透镜得到的暗物质证据 165
7.5 引力透镜产生的放大效应：微引力透镜和MACHOs 168
7.6 透镜概率：光深 171
7.7 重子暗物质 172
7.8 中微子 172
7.9 轴子 174
7.10 类轴子粒子 175
7.11 弱相互作用大质量粒子 176
7.12 期待的WIMP反应截面和事件率 179
7.13 WIMP的实验搜寻 181
7.14 暗能量：高红移超新星和大z值处的哈勃图 183
7.15 真空能：卡西米尔效应 189
7.16 宇宙学常数和暗能量中存在的问题 190
7.17 总结 192
习题 193
第8章 早期宇宙的结构形成 195
8.1 概述 195
8.2 星系和星系际的磁场 196
8.3 视界和平坦性疑难 197
8.4 暴胀 199
8.5 混沌暴胀 203
8.6 量子涨落和暴胀 205
8.7 原初涨落谱 206
8.8 大尺度结构：引力塌缩和金斯质量 208
8.9 膨胀宇宙中的结构增长 211
8.10 辐射时期涨落的演化 212
8.11 从涨落谱得出的中微子质量的宇宙学极限 217
8.12 物质主导时期涨落的增长 218
8.13 CMB的温度涨落和各向异性 219
8.14 各向异性的角谱：分布中的“声学峰” 222
8.15 CMB各向异性的实验观测和解释 227
8.16 宇宙微波辐射的偏振 229
8.17 总结 230
习题 231
第3部分 宇宙中的粒子和辐射 235
第9章 宇宙粒子 235
9.1 概述 235
9.2 宇宙线的成分和谱 236
9.3 地球磁场和太阳效应 239
9.4 宇宙线的加速 243
9.5 次级宇宙辐射：π介子和μ子——硬成分和软成分 245
9.6 带电粒子和辐射在物质中的穿行 246
9.7 电磁级联的形成 249
9.8 广延大气簇射：核子和光子导致的簇射 251
9.9 广延大气簇射的探测 251
9.10 γ射线点源 253
9.11 γ射线暴 255
9.12 超高能宇宙线簇射：GZK截断 257
9.13 超高能宇宙线的点源 259
9.14 射电星系和类星体 260
9.15 大气层中微子：中微子振荡 264
9.16 太阳中微子 267
9.17 物质中的中微子振荡 270
9.18 高能中微子的点源 271
9.19 引力辐射 273
9.20 脉冲双星 274
9.21 引力波的探测 276
9.22 总结 277
习题 279
第10章 恒星与星系相关的粒子物理 281
10.1 概述 281
10.2 恒星的早期演化 281
10.3 氢燃烧：太阳内部的p-p链 284
10.4 氦燃烧及碳氧产物 287
10.5 重元素产物 288
10.6 电子简并压与恒星的稳定性 289
10.7 白矮星 292
10.8 恒星塌缩：Ⅱ型超新星 293
10.9 来自SN1987A的中微子 295
10.10 中子星与脉冲星 298
10.11 黑洞 300
10.12 黑洞的霍金辐射 302
10.13 总结 304
习题 304
附录A 物理常数表 306
附录B 汤川理论和玻色子的传播子 308
附录C 早期宇宙中结构的微扰增长 310
附录D 太阳中微子相互作用的MSW机制 314
习题答案 317
参考文献 330
参考书目 335
索引 337