Современная физика элементарных частиц

Предисловие переводчика ......Page 6
Предисловие ......Page 8
1.1. Введение ......Page 14
1.2. Основные представления ......Page 16
1.3. Силы ......Page 18
1.4. Частицы ......Page 21
1.5. Естественные единицы ......Page 25
Задачи ......Page 26
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 27
2.1. Релятивистские обозначения ......Page 30
2.2. Лагранжианы ......Page 32
2.3. Лагранжианы в физике элементарных частиц ......Page 33
2.4. Вещественное скалярное поле ......Page 34
2.6. Комплексные скалярные поля, сохраняющиеся токи и теорема Нётер ......Page 37
2.7. Взаимодействия ......Page 42
2.8. Основные лагранжианы ......Page 45
2.9. Фейнмановские правила ......Page 47
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 49
3.1. Калибровочная инвариантность в классической электродинамике ......Page 50
3.2. Калибровочная инвариантность в квантовой теории ......Page 51
3.3. Ковариантиые производные ......Page 54
Задачи ......Page 56
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 57
4.1. Сильный изоспин и внутреннее пространство ......Page 58
4.2. Неабелевы калибровочные теории ......Page 62
4.3. Неабелевы калибровочные теории для кварков и лептопов ......Page 63
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 69
5.1. Уравнение Дирака ......Page 71
5.3. Фермионы с ненулевой массой ......Page 73
5.4. γ-Матрицы ......Page 74
5.5. Токи ......Page 76
5.6. Решения для свободных частиц ......Page 78
5.7. Частицы и античастицы ......Page 80
5.8. Левые и правые фермионы ......Page 81
5.9. Полезные соотношения ......Page 82
5.10. Дираковский лагранжиан ......Page 83
Задачи ......Page 84
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 85
Глава 6. Лагранжиан стандартной модели ......Page 86
6.1. Обозначения кварковых и лептопных состояний ......Page 88
6.2. Кварковый и лептонный лагранжианы ......Page 93
6.3. Калибровка глобальных симметрии ......Page 94
Задача ......Page 95
7.1. Члены лагранжиана для U(1)-симметрии ......Page 96
7.3. Экспериментальное подтверждение теории; нейтральный ток ......Page 97
7.4. Экспериментальное подтверждение теории; заряженный ток ......Page 103
7.5. Кварковые члены лагранжиана ......Page 105
7.6. Кварковый лагранжиан КХД ......Page 106
7.8. Калибровочный фермиои-бозонный лагранжиан ......Page 107
7.9. Проблема масс частиц ......Page 109
Задачи ......Page 110
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 111
Глава 8. Массы частиц и механизм Хиггса ......Page 112
8.1. Спонтанное нарушение симметрии ......Page 113
8.2. Комплексное скалярное поле. Глобальная симметрия ......Page 116
8.3. Абелев механизм Хиггса ......Page 118
8.4. Механизм Хиггса для стандартной модели ......Page 121
8.5. Массы фермионов ......Page 125
8.6. Замечание об энергии вакуума ......Page 128
Задачи ......Page 129
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 131
Глава 9. Сечения, ширины распадов и времена жизни. Распады W- и Z-частиц ......Page 132
9.1. Связь времени жизни и ширины резонанса с вероятностью распада ......Page 134
9.2. Рассеяние на резонансном состоянии ......Page 135
9.3. Ширина W-частиц ......Page 139
9.4. Ширина Z°-частицы ......Page 143
9.5. Вероятности мод распада ......Page 146
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 147
Глава 10. Рождение на ускорителях W±- и Z°-частиц ......Page 148
10.1. Способ заставить кварки сталкиваться ......Page 150
10.3. Сечение рождения W-частиц ......Page 151
10.4. Распад W-частицы и полная скорость появления событий ......Page 154
10.5. Измерение масс Z°- и W±-частиц ......Page 155
10.6. Спин W-частицы и асимметрия ее распадов ......Page 158
Задачи ......Page 159
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 160
Глава 11. Измерение основных параметров электрослабой теории и КХД. Время жизни мюона ......Page 161
11.2. Распад мюона ......Page 162
11.3. Измерение константы связи a3 ......Page 167
11.4. Замечания о параметрах стандартной модели ......Page 170
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 172
12.1. Характеристики ускорителей ......Page 173
12.2. Полезная энергия ......Page 176
12.3. Действующие и сооружаемые ускорители ......Page 177
12.4. Будущее ускорителей ......Page 180
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 181
Глава 13. Проведение экспериментов и детекторы ......Page 182
13.1. Продукты взаимодействий, происходящих в коллайдере ......Page 183
13.2. Отбор регистрируемых событий (триггеры) ......Page 185
13.3. Элементы больших детекторов ......Page 187
13.4. Основные детекторы ......Page 188
13.6. Современные исследования и будущее их развитие ......Page 190
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 191
Глава 14. Эксперименты при низких энергиях и эксперименты без использования ускорителей ......Page 192
Глава 15. Кварки, конфайнмент, легкие мезоны, барионы, струи и глюболы ......Page 194
15.1. Конфайнмент цвета и цветные синглетные адроны ......Page 195
15.2. Синглетные по цвету адроны ......Page 199
15.3. Квантовые числа мезонов и барионов ......Page 202
15.4. Замечания и перспективы дальнейшего развития ......Page 204
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 205
Глава 16. Легкие мезоны, барионы и сильный изоспин ......Page 206
16.1. Мезонные состояния с l= 0 ......Page 207
16.2. Барионные состояния с l= 0 ......Page 208
16.3. Распады и кварковые переходы ......Page 209
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 211
Глава 17. Тяжелые кварки с, Ь ......Page 212
17.1. Некоторые сведения о чармонии ......Page 214
17.2. Энергетический спектр чармония ......Page 216
17.3. Очарованные мезоны ......Page 217
17.4. Остальные лептоны и кварки ......Page 219
Задачи ......Page 220
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 221
18.1. Глубоко неупругое рассеяние ......Page 222
18.2. Обсуждение партонной модели ......Page 224
18.3. Структурные функции ......Page 226
Задачи ......Page 229
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 231
Глава 19. Коллайдеры е+е- и экспериментальное подтверждение стандартной модели ......Page 232
19.1. Являются ли точечными частицами кварки, лептоны и глюоны? ......Page 234
19.2. Отношение R = σ/σ_точечн ......Page 236
19.3. Тау-лептон и тяжелые лептоны ......Page 238
19.4. Наблюдение глюонов ......Page 240
Задачи ......Page 241
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 242
Глава 20. Зависимость констант связи от передаваемого импульса ......Page 243
20.1. Квантовая электродинамика ......Page 244
20.2. Квантовая хромодинамика ......Page 250
Задачи ......Page 253
Глава 21. Рождение и детектирование хиггсовых бозонов ......Page 254
21.2. Распады хиггсова бозона ......Page 256
21.3. Способы поиска хиггсовых бозонов ......Page 259
21.4. Область больших масс M_H ......Page 264
21.5. Заключение ......Page 266
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 267
Глава 22. Кварковые (и лептонные) углы смешивания ......Page 268
Задача ......Page 273
Глава 23. Массы кварков и адронов ......Page 274
Глава 24. Нарушение СР-инвариантности ......Page 276
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 280
25.1. Асимметрия рассеяния вперед — назад ......Page 281
25.2. Распады b-кварка ......Page 283
25.3. Нейтрино ντ ......Page 284
Задачи ......Page 285
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 286
Глава 26. Открытые вопросы ......Page 287
27.1. Объединение кварков и лептонов ......Page 291
27.2. Объединение взаимодействий ......Page 293
27.3. Расчет параметра sin²θw ......Page 296
27.4. Распад протона ......Page 301
27.5. Асимметрия барионов ......Page 304
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 306
Глава 28. Супорсимметрия ......Page 307
28.1. Рождение и детектирование суперсимметричных партнеров ......Page 310
28.2. Легкие суперсимметричные частицы и темная материя ......Page 313
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 316
Глава 29. Обладают ли нейтрино массами? ......Page 317
29.1. Следствия ненулевых масс нейтрино. Нейтринные осцилляции ......Page 318
29.2. Солнечные нейтрино ......Page 322
29.3. Измерение масс нейтрино при распадах ......Page 323
29.4. Ожидаемые значения масс нейтрино ......Page 324
Рекомендации для дальнейшей работы ......Page 325
Приложение А. Угловой момент, спин и группа SU(2) ......Page 326
Приложение Б. Элементы теории групп ......Page 332
Б.1. Группы SO(n) ......Page 333
Б.2. Группы SU(n) ......Page 335
Б.З. Группа SU(2) в физике ......Page 337
Б.4. Группа SU(3) ......Page 338
Приложение В. Элементы релятивистской кинематики ......Page 339
Приложение Г. Сечение рассеяния в случае точечных частиц ......Page 342
Приложение Д. Когда неприменим используемый приближенный метод оценки ширин распадов и времен жизни ......Page 344
Приложение Е. Лагранжиан и симметрии. Уравнение Эйлера—Лагранжа ......Page 346
Задачи ......Page 347
Литература ......Page 349
Предметный указатель ......Page 352