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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QCD33

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QCD105

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QCD152

6.13.3 有轴矢反常的无质量QCD153

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QGP182

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ET354

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